背景谐波电压的确定方法及装置与流程

1.本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种背景谐波电压的确定方法及装置。


背景技术：

2.电力系统干扰源(包括新能源场站、直流换流阀、电气化铁路、冶炼负荷、钻井负荷等)接入系统前，需对系统中已接入的干扰源产生的谐波问题进行研究，以掌握目前系统的谐波状态，为评估新接入干扰源产生的谐波问题提供参考和依据。然而，现有技术中暂无相关技术方案。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的问题，本发明实施例提供一种背景谐波电压的确定方法及装置，能够至少部分地解决现有技术中存在的问题。
4.一方面，本发明提供一种背景谐波电压的确定方法，包括：
5.根据目标节点在电力系统中的位置，确定背景谐波分析涉及的干扰源范围；
6.对于在所述干扰源范围内的各类干扰源，建立干扰源谐波分析模型；
7.对于在所述干扰源范围外的各类干扰源，建立等值电压源模型；
8.根据所述干扰源谐波分析模型以及所述等值电压源模型进行潮流计算，确定目标节点的背景谐波电压。
9.可选的，所述根据目标节点在电力系统中的位置，确定背景谐波分析涉及的干扰源范围包括：
10.将所述电力系统中距离所述目标节点在n个变压器范围内的节点所涵盖的干扰源范围确定为背景谐波分析涉及的干扰源范围，其中，n为大于1的正整数。
11.可选的，所述干扰源谐波分析模型包括：电力系统设备模型、电力系统线路模型、干扰源模型、非干扰源负荷模型和/或电网等值模型。
12.可选的，所述电力系统设备模型包括常规发电机组谐波阻抗模型和/或变压器谐波阻抗模型。
13.可选的，所述干扰源模型包括新能源干扰源模型和/或非线性负荷类干扰源模型。
14.可选的，所述电网等值模型包括系统谐波阻抗模型和等值电压源模型。
15.另一方面，本发明提供一种背景谐波电压的确定装置，包括：
16.第一确定模块，用于根据目标节点在电力系统中的位置，确定背景谐波分析涉及的干扰源范围；
17.第一建立模块，用于对于在所述干扰源范围内的各类干扰源，建立干扰源谐波分析模型；
18.第二建立模块，用于对于在所述干扰源范围外的各类干扰源，建立等值电压源模型；
19.第二确定模块，用于根据所述干扰源谐波分析模型以及所述等值电压源模型进行
潮流计算，确定目标节点的背景谐波电压。
20.可选的，所述第一确定模块具体用于：
21.将所述电力系统中距离所述目标节点在n个变压器范围内的节点所涵盖的干扰源范围确定为背景谐波分析涉及的干扰源范围，其中，n为大于1的正整数。
22.可选的，所述干扰源谐波分析模型包括：电力系统设备模型、电力系统线路模型、干扰源模型、非干扰源负荷模型和/或电网等值模型。
23.可选的，所述电力系统设备模型包括常规发电机组谐波阻抗模型和/或变压器谐波阻抗模型。
24.可选的，所述干扰源模型包括新能源干扰源模型和/或非线性负荷类干扰源模型。
25.可选的，所述电网等值模型包括系统谐波阻抗模型和等值电压源模型。
26.又一方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一实施例所述的背景谐波电压的确定方法的步骤。
27.再一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述的背景谐波电压的确定方法的步骤。
28.本发明实施例提供的背景谐波电压的确定方法及装置，根据目标节点在电力系统中的位置，确定背景谐波分析涉及的干扰源范围；对于在所述干扰源范围内的各类干扰源，建立干扰源谐波分析模型；对于在所述干扰源范围外的各类干扰源，建立等值电压源模型；根据所述干扰源谐波分析模型以及所述等值电压源模型进行潮流计算，确定目标节点的背景谐波电压。这样，为干扰源接入前背景谐波分析提供方法和依据。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
30.图1是本发明一实施例提供的背景谐波电压的确定方法。
31.图2是本发明一实施中提供的电力系统的示意图。
32.图3是本发明一实例中将图2所示的电力系统中在干扰源范围之外的干扰源等效为等值电压源模型的示意图。
33.图4是本发明一实施例提供的标称π电路模型。
34.图5是本发明一实例提供的新能源干扰源模型。
35.图6是本发明一实施例提供分布式电源模型。
36.图7是本发明一实施例提供非线性负荷类干扰源模型。
37.图8是本发明另一实施例提供的背景谐波电压的确定装置的结构示意图。
38.图9是本发明一实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
39.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发
明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
40.本发明实施例提供的背景谐波电压的确定方法的执行主体包括但不限于计算机。
41.图1是本发明实施例提供的背景谐波电压的确定方法，如图1所示，本发明实施例提供的背景谐波电压的确定方法，包括：
42.s101、根据目标节点在电力系统中的位置，确定背景谐波分析涉及的干扰源范围；
43.本步骤，所述目标节点可以是新增干扰源拟接入的节点；在进行背景谐波分析之前，由于电力系统庞大，无法逐一分析电力系统中每个干扰源对目标节点背景谐波的影响，故需要先划定背景谐波分析所涉及的干扰源范围，精准评估在所述干扰源范围内的各类干扰源对目标节点背景谐波的影响。
44.s102、对于在所述干扰源范围内的各类干扰源，建立干扰源谐波分析模型；
45.本步骤，对于直接接于该范围内的各类干扰源，应建立干扰源谐波分析模型，分析该范围内的各类干扰源对目标节点背景谐波的影响。
46.s103、对于在所述干扰源范围外的各类干扰源，建立等值电压源模型；
47.本步骤，该范围之外的节点接入的各类干扰源，不建立干扰源谐波分析模型。而是根据潮流分布情况，用等值电压源模型代替，并将等值电压源接于该范围内的节点，保证等值后各节点潮流分布情况与等值前相同。即认为该范围外的干扰源发射的谐波电流已经可以忽略，这种等效只保证潮流分布不发生改变，而不考虑这些节点注入的谐波电流含量。
48.本发明实施例对上述步骤s102和s103的执行顺序不做限定，步骤s102和s103可同时执行，也可分别先后执行。
49.s104、根据所述干扰源谐波分析模型以及所述等值电压源模型进行潮流计算，确定目标节点的背景谐波电压。
50.本步骤，在建立好所述干扰源谐波分析模型以及所述等值电压源模型，对所述电力系统进行潮流计算，在潮流收敛的情况下，根据潮流计算结果，确定目标节点的背景谐波电压。所述干扰源谐波分析模型以及所述等值电压源模型构成电力系统模型，在电力系统模型确定的情况下，根据电力系统模型进行潮流计算、确定目标节点的背景谐波电压属于本领域的常规技术，在此不再赘述。
51.本发明实施例提供的背景谐波电压的确定方法，根据目标节点在电力系统中的位置，确定背景谐波分析涉及的干扰源范围；对于在所述干扰源范围内的各类干扰源，建立干扰源谐波分析模型；对于在所述干扰源范围外的各类干扰源，建立等值电压源模型；根据所述干扰源谐波分析模型以及所述等值电压源模型进行潮流计算，确定目标节点的背景谐波电压。这样，为干扰源接入前背景谐波分析提供方法和依据。
52.可选的，所述根据目标节点在电力系统中的位置，确定背景谐波分析涉及的干扰源范围包括：将所述电力系统中距离所述目标节点在n个变压器范围内的节点所涵盖的干扰源范围确定为背景谐波分析涉及的干扰源范围，其中，n为大于1的正整数。
53.本实施例，n可以为2，在n为2时，背景谐波分析涉及的干扰源范围为从目标节点起涵盖两个变压器的节点所涉及的干扰源。以图2为例说明背景谐波分析涉及的干扰源范围：
54.若新增干扰源拟接入110kv a段母线，n为2，则背景谐波分析涉及的干扰源范围为
如图2虚线圈出的母线所涉及的干扰源范围。直接接于该范围内的母线的各类干扰源，应建立干扰源谐波分析模型。
55.区域之外的节点接入的各类干扰源，不建立干扰源谐波分析模型。而是根据潮流分布情况，用等值电压源模型代替，并将等值电压源接于区域内的节点(如图3所示)，保证等值后各节点潮流分布情况与等值前相同。即认为跨越两个变电站后，干扰源发射的谐波电流已经可以忽略，这种等效只保证潮流分布不发生改变，而不考虑这些节点注入的谐波电流含量，如图2中的变压器t12等。
56.可选的，所述干扰源谐波分析模型包括：电力系统设备模型、电力系统线路模型、干扰源模型、非干扰源负荷模型和/或电网等值模型。
57.本实施例，所述电力系统设备模型是指在所述干扰源范围内的各种电力设备的谐波分析模型，可包括常规发电机组谐波阻抗模型和/或变压器谐波阻抗模型。例如对于图2中所示的电力系统，电力系统设备模型包括常规发电机组谐波阻抗模型以及变压器谐波阻抗模型。
58.其中，常规发电机组主要指火力发电机组，其谐波阻抗zg(h)为：
[0059][0060]
上述谐波阻抗公式即为建立的常规发电机组谐波阻抗模型，式中：z
g1(h)
、z
g2(h)
、z
g0(h)
分别为正序、负序、零序谐波阻抗；ra为基波电枢电阻；x”d
为次暂态电抗；x2为负序电抗；x0为零序电抗；n为正整数。
[0061]
对于变压器，若变压器额定容量为s
t
(mva)、额定电压为u
t
(线电压，kv),则变压器基波正序阻抗z
t1
为：
[0062][0063]
若变压器基波正序电阻为r
t1
，基波正序电抗为x
t1
，存在：
[0064]zt1
＝r
t1
+jx
t1
；
[0065]
若变压器存在接地阻抗z
tg
，则变压器零序阻抗z
t0
为：
[0066]zt0
＝z
t1
+3z
tg
；
[0067]
若变压器为电阻接地，即z
tg
＝r
tg
，存在：
[0068]zt0
＝r
t1
+3r
tg
+jx
t1
；
[0069]
变压器的谐波阻抗为(不考虑绕组集肤效应)：
[0070][0071]
上述变压器的谐波阻抗公式即为建立的变压器谐波阻抗模型，式中：z
t1(h)
为h次谐波下正序阻抗；z
t2(h)
为h次谐波下负序阻抗；z
t0(h)
为h次谐波下零序阻抗；n为正整数。
[0072]
所述电力系统线路模型是指在所述干扰源范围内的输电线路及电缆的谐波分析模型。其中，当输电线路长度在200km以内(或者电缆长度在50km以内)时，可以采用标称π电路模型(参见图4)。当输电线路长度超过200km(或者电缆线路超过50km)时，采用标称π电路
模型会影响计算的准确性，可采用等效π电路模型。
[0073]
(1)线路标称π电路模型
[0074]
a)线路正序和负序参数
[0075]
线路的谐波正序参数与负序参数表述一致，此处给出正序参数的确定方法:
[0076]
单位长度阻抗为z
l1
＝r
l1
+jx
l1
(ω/km)，其中，r
l1
为单位长度电阻，x
l1
为单位长度电抗；单位长度电纳为y
l1
(s/km)，线路长度为l(km)，则线路基波参数为：
[0077]zl1
＝z
l1
×
l＝(r
l1
+jx
l1
)
×
l＝r
l1
+jx
l1
；
[0078]yl1
＝y
l1
×
l；
[0079]
式中：
[0080]zl1
：基波正序阻抗；
[0081]rl1
：基波正序电阻；
[0082]
x
l1
：基波正序电抗；
[0083]yl1
：基波正序电纳。
[0084]
考虑线路集肤效应时，第h次谐波下的参数为：
[0085][0086]yl1(h)
＝hy
l1
(h＝3n
±
1)；
[0087]
式中，n为正整数。
[0088]
线路标称π参数为：
[0089]zp1(h)
＝z
l1(h)
；
[0090][0091]
b)线路零序参数
[0092]
基波零序电阻r
l0
和基波零序电抗x
l0
可以表示为：
[0093]rl0
＝(r
l1
+3rg)l
[0094]
x
l0
＝kx
l1
l
[0095]
式中：
[0096]
rg：单位长度大地电阻，约为0.05ω/km；
[0097]
k：比例系数，参考下表1。
[0098]
表1比例系数
[0099][0100]
单位长度线路基波零序电容c
l0
(f/km)为：
[0101]
式中：
[0102]
r为导线半径；
[0103]hsm
：三相导线与本身镜像间的几何均距；
[0104]hmm
：三相导线与不同相导线镜像间的几何均距；
[0105]dm
：三相导线间几何均距。
[0106]
长度为l线路电容c
l0
为：
[0107]cl0
＝c
l0
l
[0108]
电纳y为：
[0109]yl0
＝2πfc
l0
[0110]
考虑线路集肤效应时，第h次谐波下的参数为：
[0111][0112]yl0(h)
＝hy
l0
(h＝3n)；
[0113]
式中，z
l0
为零序阻抗；r
l0
零序电阻；x
l0
零序电抗；y
l0
零序电纳；n为正整数。
[0114]
线路标称π参数为：
[0115]zp0(h)
＝z
l0(h)
；
[0116][0117]
(2)线路等效π电路模型
[0118]
对于等效π电路模型参数，存在：
[0119][0120][0121]
式中：
[0122][0123]
所述干扰源模型是指在所述干扰源范围内的各种干扰源的谐波分析模型，可包括新能源干扰源模型和/或非线性负荷类干扰源模型。例如对于图2中所示的电力系统，干扰源模型包括新能源干扰源模型和非线性负荷类干扰源模型。
[0124]
(1)新能源干扰源
[0125]
新能源干扰源包括风电场、光伏电站、分布式电源。集中接入的风电场、光伏电站模型如图5所示，此类电源要求对系统电压水平有一定支撑能力，采用交流电压源与谐波电流源模型并联形式，对于交流电压源模型，可以按照pv节点处理。
[0126]
分布式电源模型如图6所示，与集中接入的风电场、光伏电站模型不同，分布式电源不涉及对系统的无功支撑，按照pq节点处理，采用pq节点与谐波电流源模型并联形式。
[0127]
(2)非线性负荷类干扰源
[0128]
非线性负荷类干扰源包括电气化铁路、电加热负荷、轧机、电机调速系统、充电桩等。此类干扰源模型为负荷节点与谐波电流源并联形式，按照pq节点处理，如图7所示。
[0129]
非干扰源负荷包括居民区、照明负荷、学校、办公场所等。此类负荷认为不向系统提供谐波电流。所述非干扰源负荷模型按照pq节点处理，若基波下负荷功率为p+jq，负荷额定电压为u
l
，负荷基波阻抗为：
[0130]
式中，r
l
为负荷等效电阻，x
l
为负荷等效电抗。
[0131]
得到：
[0132][0133][0134]
负荷谐波阻抗为：
[0135][0136]
其中，z
0(h)
为零序谐波阻抗，其值为无穷大；大部分居民用电负荷无零序电流通路，可以认为零序阻抗无穷大；n为正整数。
[0137]
所述电网等值模型包括系统谐波阻抗模型和等值电压源模型。电网等值模型主要是求取系统谐波阻抗，如图2所示的500kv母线处应进行系统等值。系统等值应已知500kv母线三相短路容量和单相短路容量
[0138]
系统基波正序阻抗为：
[0139][0140]
式中：r
s1
表示基波正序电阻；x
s1
表示基波正序电抗；u
sn
表示标称电压。
[0141]
系统基波零序阻抗为：
[0142][0143]
式中：r
s0
表示基波零序电阻；x
s0
表示基波零序电抗。
[0144]
系统谐波阻抗为：
[0145][0146]
式中：n为正整数。
[0147]
本发明实施例提供的背景谐波电压的确定方法，至少具有如下有益效果：
[0148]
(1)确定了系统某节点背景谐波分析需考虑的系统网架范围。
[0149]
(2)提出了系统各类典型干扰源模型建立方法。
[0150]
(3)提出了等值系统、发电机、变压器、线路、负荷等谐波阻抗模型建立方法。
[0151]
(4)确定背景谐波的计算流程。
[0152]
通过评估现有条件(包括现有网架结构、已接入干扰源的容量等)下电力系统某节点谐波电压含量，为评估新接入干扰源产生的谐波问题提供参考和依据。
[0153]
图8是本发明一实施例提供的背景谐波电压的确定装置的结构示意图，如图8所示，本发明实施例提供的背景谐波电压的确定装置包括：第一确定模块21，用于根据目标节点在电力系统中的位置，确定背景谐波分析涉及的干扰源范围；第一建立模块22，用于对于在所述干扰源范围内的各类干扰源，建立干扰源谐波分析模型；第二建立模块23，用于对于在所述干扰源范围外的各类干扰源，建立等值电压源模型；第二确定模块24，用于根据所述干扰源谐波分析模型以及所述等值电压源模型进行潮流计算，确定目标节点的背景谐波电压。
[0154]
本发明实施例提供的背景谐波电压的确定装置，根据目标节点在电力系统中的位置，确定背景谐波分析涉及的干扰源范围；对于在所述干扰源范围内的各类干扰源，建立干扰源谐波分析模型；对于在所述干扰源范围外的各类干扰源，建立等值电压源模型；根据所述干扰源谐波分析模型以及所述等值电压源模型进行潮流计算，确定目标节点的背景谐波电压。这样，为干扰源接入前背景谐波分析提供方法和依据。
[0155]
可选的，所述第一确定模块具体用于：
[0156]
将所述电力系统中距离所述目标节点在n个变压器范围内的节点所涵盖的干扰源范围确定为背景谐波分析涉及的干扰源范围，其中，n为大于1的正整数。
[0157]
可选的，所述干扰源谐波分析模型包括：电力系统设备模型、电力系统线路模型、干扰源模型、非干扰源负荷模型和/或电网等值模型。
[0158]
可选的，所述电力系统设备模型包括常规发电机组谐波阻抗模型和/或变压器谐波阻抗模型。
[0159]
可选的，所述干扰源模型包括新能源干扰源模型和/或非线性负荷类干扰源模型。
[0160]
可选的，所述电网等值模型包括系统谐波阻抗模型和等值电压源模型。
[0161]
本发明实施例提供的装置的实施例具体可以用于执行上述方法实施例的处理流程，其功能在此不再赘述，可以参照上述方法实施例的详细描述。
[0162]
图9为本发明一实施例提供的电子设备的实体结构示意图，如图9所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)301、通信接口(communications interface)302、存储器(memory)303和通信总线304，其中，处理器301，通信接口302，存储器303通过通信总线304完成相互间的通信。处理器301可以调用存储器303中的逻辑指令，以执行上述任一实施例所述的方法，例如包括：根据目标节点在电力系统中的位置，确定背景谐波分析涉及的干扰源范围；对于在所述干扰源范围内的各类干扰源，建立干扰源谐波分析模型；对于在所述干扰源范围外的各类干扰源，建立等值电压源模型；根据所述干扰源谐波分析模型以及所述等值电压源模型进行潮流计算，确定目标节点的背景谐波电压。
[0163]
此外，上述的存储器303中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0164]
本实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：根据目标节点在电力系统中的位置，确定背景谐波分析涉及的干扰源范围；对于在所述干扰源范围内的各类干扰源，建立干扰源谐波分析模型；对于在所述干扰源范围外的各类干扰源，建立等值电压源模型；根据所述干扰源谐波分析模型以及所述等值电压源模型进行潮流计算，确定目标节点的背景谐波电压。
[0165]
本实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，所述计算机程序使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：根据目标节点在电力系统中的位置，确定背景谐波分析涉及的干扰源范围；对于在所述干扰源范围内的各类干扰源，建立干扰源谐波分析模型；对于在所述干扰源范围外的各类干扰源，建立等值电压源模型；根据所述干扰源谐波分析模型以及所述等值电压源模型进行潮流计算，确定目标节点的背景谐波电压。
[0166]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0167]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0168]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0169]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0170]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0171]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保
护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。