电网系统谐波源定位方法研究与软件设计

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随着电力变换器和变频器的应用,由于这些设备中的电力电子开关器件的非线性特性,导致这些设备产生大量谐波,对电网安全运行产生较大影响。同时随着人们对电能的需求量要求越来越大,对其质量要求也逐渐提高,供电方势必要提高配电网的电能质量。目前配电网的运行受到谐波的影响越来越严重,因此电能质量的优化及谐波的治理显得越来越重要。而配电网谐波治理的前提和重点即是谐波源定位检测,本文重点研究电网系统谐波源定位方法,旨在实现快速又准确的定位谐波源的位置,这对谐波治理和改善配电网电能质量具有极其重要的意义。本文首先系统性综述了电能质量、谐波源的概念和模型,介绍了谐波及其特征量,并从电气工程角度阐述了谐波源定位检测的原理,若要实现配电网的谐波源定位测算,首要的是计算出公共连接点(Point of Common Coupling,PCC)处的谐波发射水平,判断系统侧和用户侧各自的谐波责任。然后着重分析研究了以偏最小二乘回归为基础的谐波发射水平估计和谐波阻抗计算的方法,利用在公共连接点处同步测量得到的谐波电压和谐波电流数据,通过偏最小二乘回归算法求解回归系数对测量数据信息进行分解和筛选的方式,提取对因变量解释性最强的综合变量。由回归系数映射出系统谐波阻抗,并跟踪计算出谐波发射水平。文中推导了该方法的计算公式,总结了其具体步骤,建立了其数学模型。同时指出该方法存在的缺陷,考虑回归系数映射出系统谐波阻抗的局限性,重点研究了两种改进的偏最小二乘回归:基于核函数的偏最小二乘法和基于正交投影的偏最小二乘法,即先利用正交投影或者建立核函数预处理采样数据,可将自变量内无关因变量的信息删除,这种新见解和处理方法使算法实用性、准确性得到提升。通过对两种改进算法的数学建模和仿真结果对比分析,得出最理想的定位谐波源的方法为基于正交投影的谐波源定位方法。接着通过在Matlab/Simlink上建立带扰动的模型来仿真实际电网系统,分析对比其仿真的结果数据,可以看出所选择的改进算法评估效果较为良好,其稳定性、抗干扰性和精度相对较高。最后本文在此方法基础上研究设计了基于Lab VIEW的谐波源定位系统软件,分析并设计该软件系统的架构,通过采集公共连接点(PCC)的谐波电压和谐波电流数据,应用软件计算出PCC处系统侧和用户侧的谐波阻抗和谐波发射水平,判断各侧的责任率,即针对产生的谐波系统侧和用户侧各所占的责任比重,从而实现定位谐波源在系统侧还是用户侧的功能。通过在实验室进行的测试,验证了此软件具有良好的定位谐波源的功能,对谐波治理和电网系统电能质量改善具有实际意义。
其他文献
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