第 1 章 緒論

1.1  選題的背景及意義
在當今世界，作為使用最廣泛的一種能源，電能在各行各業(yè)的應用程度已經成為一個國家發(fā)展水平的主要標志之一，因此各國電力部門高度重視電網中的電能質量問題。在我國進行電力體制市場化改革之后，電能質量也日益成為相關部門實現(xiàn)經濟和社會雙重效益最大化，避免危害生產活動的重點關注對象。從另一方面來看，電能在應用過程中，還表現(xiàn)出以下幾個特點，使得電能質量管理方面存在一系列難題[1]： (1)電力系統(tǒng)是一個整體，其電能質量狀況相互影響。電力系統(tǒng)各單元之間通過輸電線路相連接構成了一個整體，任何一個部分都不是單獨存在的；因為電能是不方便存儲的，所以它的生產、輸送、分配和使用是同時進行。因此，在電力系統(tǒng)運行的過程中，不標準電能不能夠被替換。供電部分和用電部分通過電氣設備形成一個整體，不管哪一方的電能質量不達標，都會影響電力系統(tǒng)網絡的穩(wěn)定運行和用戶用電設備的正常工作。 (2)電力系統(tǒng)的動態(tài)變化性。由于電能資源的生產、輸送和使用幾乎是同時進行的，而且在不同時間、地點及不同的連接點處，由于電網結構的不同和負荷的不斷變化，使得電能質量的情況和評價標準也大不相同，因此整個系統(tǒng)的電能一直是動態(tài)變化的。 (3)電力用戶是決定電能質量的主體部分。當電能通過電網輸送到用電設備時，電力用戶的反作用有可能會影響電網。所以，在引起電能質量問題的過程中，主要是用戶造成電能質量的下降，并非是電能的生產者和供應者。 (4)電能質量下降的傳播性。首先需要指出的是，電能質量的下降必然會對相關設備造成影響，但其危害并不一定會在較短時間內凸顯；另一方面，電能通過線路傳播速度之快，使其一旦出現(xiàn)擾動等引起電能質量下降的現(xiàn)象時，就會迅速擴大影響范圍，輕則導致相關設備性能下降，經濟生產效益下滑，重則損壞系統(tǒng)設備，甚至釀成重大安全事故，后果不堪設想。 (5)電網電能質量的指標不易評估。一般情況下，電能達標的要求是系統(tǒng)在運行時電能質量的每個指標近似等于額定值。但是在實際系統(tǒng)中，電能質量多個指標的不同組合對系統(tǒng)和設備的影響與損壞都是非常復雜的問題，因此進行合理經濟的評價依舊極其困難，至今沒有統(tǒng)一認可的定量評估計算方法。 
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1.2  國內外研究現(xiàn)狀
從 20 世紀 60 年代起，國外就意識到電能質量對于電網安全可靠運行、提高社會經濟效益具有舉足輕重的作用，繼而展開了有關方面的研究，初步確立了電能質量的基本概念、變化原因、主要種類以及具體的分析方法和可能的解決方向，并在一些研究成果的基礎上制定了國家標準。自 20 世紀 70 年代以來，由于大量的電力電子裝置和非線性電力產品在各個部門不斷被投入使用，電力網中諧波污染日益加劇，進而導致的電能效率降低、電氣設備非正常工作甚至故障等問題日趨嚴重；為此，世界各國都高度關注電網中的諧波問題，相繼成立針對性的研究機構開展研究工作，共同探討商議應對諧波問題的方法和措施，并制定了各種諧波標準。從上世紀 80 年代末期以來，電力工業(yè)開始由原來的壟斷行業(yè)逐步進入了競爭時代，電力行業(yè)市場化成為不可阻擋的趨勢。隨著電力電子技術和控制技術的發(fā)展，1986 年 N.G.Hingornai 在總結前人研究工作的基礎上首次提出一種柔性交流輸電技術(Flexible AC Transmission System,FACTS)，其主要方法是在輸電系統(tǒng)的基本部位，根據需要將電力系統(tǒng)中對潮流分布施加作用的相關基本參數(shù)(如相位差、電壓、電抗等)進行調節(jié)，從而對系統(tǒng)的網絡潮流進行“機動”的控制，使其輸送的容量趨于甚至達到所謂的熱穩(wěn)定極限，有效的提高了輸電系統(tǒng)的輸送容量。隨后的 1988 年，N.G.Hingorani 又在柔性交流輸電技術發(fā)展的基礎上，提出了基于用戶側的用戶電力技術(Customer Power)的觀點，用戶電力技術以控制技術為基礎和先導，充分發(fā)揮高性能電力電子裝置的高開關頻率和高關斷容量特點，根據不同電力用戶的特殊要求對其提供安全、可靠、經濟的電能并對電能質量進行有效的控制和管理。由于配電系統(tǒng)是與用戶直接相關的關鍵組成部分，在我國，用戶電力技術也被稱為配電柔性交流輸電(Distribution  Flexible  AC  Transmission System,DFACTS)技術，并把用戶電力技術視為柔性交流輸電技術在配電網絡中的應用，成為電力系統(tǒng)發(fā)展的關鍵技術方向之一。
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第 2 章 諧波源的識別與定位

2.1  諧波問題概述
2.1.1  諧波的相關概念
諧波是由波形發(fā)生畸變產生的，它的正弦電壓或者正弦電流的頻率是系統(tǒng)工頻的整數(shù)倍�？蓪⒁粋�不是正弦的周期波分解成含有一個基頻與許多個基頻整數(shù)倍的正弦波之和。諧波是一個頻率為正弦基頻整數(shù)倍的周期性正弦分量[24]。所謂諧波分析法就是根據傅里葉變換對發(fā)生了周期性變化的非正弦波進行分解，使其由基波與多次諧波組成。在正常條件下，發(fā)生了畸變的波形，可以用基波與很多個次數(shù)較高的諧波相加來表示。 

2.1.2  諧波產生的原因
高次諧波之所以會形成是因為電力系統(tǒng)中存在一些不是線性的裝置與負荷，給這些裝置與負荷加上電壓，就會形成非正弦的電流，進而使得波形發(fā)生了畸變。 主要來自兩方面： (1)來自用戶的非線性負荷。非線性的電力設備能夠產生許多的諧波，由于其形成的諧波電流可以通過電力網進入系統(tǒng)電源，當系統(tǒng)的阻抗上流過諧波電流時，就會在系統(tǒng)中形成諧波電壓，進而影響系統(tǒng)的電能質量。 (2)來自系統(tǒng)的影響。第一，由于交流發(fā)電機中鐵芯齒、槽等零件制作精度的不同，使其定轉子間氣隙分布不均。盡管每一相中電動勢波形都是對稱的，可是在三相的電動勢里面仍然存在著奇次諧波；第二，對于電力系統(tǒng)中的變壓器而言，它的勵磁電流中肯定存在著奇次諧波，而在其是空載運行和過勵磁運行狀態(tài)時，奇次諧波就會增加，進而形成了諧波源；第三，當對電網進行投切空載變壓器或者電容器的時候，投切過程中形成的合閘涌流注入電網就會產生突發(fā)性諧波[25]。
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2.2  基于功率潮流識別法 
有功功率的方向是由 PCC 點兩邊諧波源的相角差決定的，當出現(xiàn)諧波電壓和電流之間的相位差是 900這種情況時，諧波的有功功率就是零，此時該方法不能使用，所以有功功率方向法對諧波源的位置不能進行有效的判斷。而且，當出現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)射諧波無法忽略的現(xiàn)象時，用此方法對用戶諧波發(fā)射水平的評估也將不準確。但是在很多情況下，此方法能夠對諧波源進行定位。 電力系統(tǒng)中的相角和電壓幅值分別決定著系統(tǒng)的有功功率和無功功率。無功功率方向法[30~34]的原理同樣是根據無功功率的方向對系統(tǒng)與用戶側諧波電壓源的幅值進行判斷，進而確定哪邊為主要諧波源。 
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第 3 章 改進型偏最小二乘法進行諧波源識別 ......... 16 
3.1  問題的提出 ..... 16 
3.1.1  多重相關性的含義 .......... 16 
3.1.2  多重相關性形成的基本原因 .... 17 
3.1.3  多重相關性的危害 .......... 17 
3.2  偏最小二乘回歸分析 ....... 18 
3.3  改進的偏最小二乘回歸法 ......... 20 
3.3.1 改進型偏最小二乘回歸的工作目標 .......... 21 
3.3.2 改進型偏最小二乘法的回歸分析 ..... 22 
3.4  基于改進型偏最小二乘法的諧波源識別 .... 24
3.5  本章小結 ........ 29 
第 4 章 諧波發(fā)射水平估計方法 ..... 30 
4.1  干預式法 ........ 30 
4.1.1  諧波電流注入法 .... 30 
4.1.2  用戶側并聯(lián)阻抗法 .......... 31 
4.1.3 開關元件法 ............ 32 
4.2  非干預式法 ..... 34
4.3 本章小結 ........ 39 
第 5 章 基于改進型偏最小二乘法的諧波責任劃分 .......... 40 
5.1  多饋線系統(tǒng)模型的建立 .... 40 
5.2  多饋線系統(tǒng)諧波責任劃分基本原理 ............ 43 
5.3  實驗仿真分析 .......... 45
5.4  本章小結 ........ 51 

第 5 章 基于改進型偏最小二乘法的諧波責任劃分

隨著國民經濟和現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，越來越多的非線性負荷被連接到電力系統(tǒng)網絡，而這些非線性負荷會將產生的諧波電流注入系統(tǒng)，從而引起系統(tǒng)各個母線上的電壓畸變，對系統(tǒng)中的用電設備造成影響，甚至會影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。怎樣對系統(tǒng)中的諧波源進行正確的辨別，并通過將不同諧波源引起的畸變電流進行合理的區(qū)分而達到量化各個諧波源對電壓畸變的影響，依舊是需要不斷去研究的問題。在實際工程應用過程中，一般是通過對單獨的諧波產生用戶進行監(jiān)測，然后依照監(jiān)測數(shù)據對諧波的產生能力進行估計，電力用戶根據此原則來制定相應的諧波治理方案，而供電部門根據此原則實施經濟上的獎勵與懲罰。但是在實際系統(tǒng)中，公共耦合點處都連接著許多的諧波源用戶，怎樣準確地估計這些用戶各自應該承擔的諧波責任是進行電能質量管理的主要前提[52~53]；而對于那些已經接受諧波治理方法的電力用戶，在他們裝上了濾波裝置后，諧波電流又將會進入到濾波裝置中，這又將引起對用戶諧波責任劃分的不準確[54~58]。 在現(xiàn)實社會中，各個配電網系統(tǒng)中母線上所接的負荷并不是單個的，而是多條負荷饋線共同連接在其上面，此時各饋線上諧波電流的關系比較復雜，它們之間或許會相互消除，，也或許會相互增強，各條饋線上諧波負荷對公共耦合點電壓畸變的責任不一定和負荷的諧波電流產生能力呈正比例關系。尤其是在各條饋線上諧波電流產生能力相差非常小的時候，只是依靠諧波電流的大小進行應負諧波責任的劃分就變得非常困難了。為了能避免因諧波責任劃分不清而造成的電能質量糾紛，同時對電力網諧波能夠進行有效的控制，就需要對各條饋線上的諧波源在公共耦合點處產生的諧波電壓進行合理的劃分。所以，對一個母線上連接有多條負荷饋線系統(tǒng)進行諧波貢獻量的研究是十分必要的，本章將對此問題進行探討。 

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總結

由于電力系統(tǒng)中非線性裝置的大量使用，系統(tǒng)中的諧波污染也變得越來越嚴重。為了能夠有效的治理諧波污染，就需要準確的區(qū)分各個諧波源對諧波污染應該承擔的責任。本文對已有的各種諧波源識別方法進行了綜述，同時從定性和定量的角度對這些方法進行了比較。在此基礎上提出了利用改進型偏最小二乘回歸法對各諧波源的諧波責任進行劃分，最后針對多饋線系統(tǒng)中各饋線諧波責任的劃分問題進行了研究。全文所做的工作主要有以下幾點： 
(1)基于偏最小二乘回歸法在進行諧波責任劃分時可能會漏選某些對響應變量解釋能力強的成分，從而造成回歸結果不準確的問題，本文采用改進型偏最小二乘回歸法進行諧波源識別與諧波責任劃分。首先由偏最小二乘法進行回歸計算，得到系統(tǒng)的諧波阻抗估計值；再結合阻抗法通過判斷諧波電流從那一側流出的較多來判斷主要諧波源。 
(2)改進型偏最小二乘回歸法是一種不依賴于數(shù)據選擇的諧波責任評估方法。在一個多諧波源系統(tǒng)中，某一個負荷對關注母線上諧波畸變的貢獻可以用負荷諧波電壓在母線總諧波電壓上的投影來代替。所得投影與母線總畸變電壓的百分比就表示為這個諧波源負荷的諧波責任指標。
(3)基于所建立的諧波責任指標，根據諧波電壓、電流相量的關系，形成了關注母線諧波電壓對諧波源負荷諧波電流的改進型偏最小二乘回歸方程，然后根據回歸方程的系數(shù)對各個諧波源的諧波責任進行估計。
(4)對具有多條饋線系統(tǒng)的諧波責任劃分進行了研究。對多諧波源連接在同一母線時各諧波源的諧波責任劃分問題進行了系統(tǒng)建模，利用改進型偏最小二乘回歸法對多諧波源責任進行區(qū)分，同時利用 Matlab/Simulink 中的電力系統(tǒng)模塊集來實現(xiàn)仿真分析，最后和其它方法所得的結果進行了比較，驗證了該方法的有效性。 
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參考文獻(略)

本文編號：49451