电力系统谐波潮流计算算法综述

电力系统谐波潮流计算算法综述

李洪波

武汉大学电气工程学院，武汉( 430072)

【摘要】谐波潮流计算是谐波分析和管理的一项重要基础工作，在电力系统中占有重要的地位。本文概述了谐波潮流分布的计算原理，根据谐波潮流计算算法的基本要求，结合谐波潮流计算自身的特点，对应用于谐波潮流计算的 算法进行了分析和评述，并提出了算法改进方面应进一步考虑的问题。

【关键词】谐波潮流基波潮流谐波潮流计算

;;【中图分类号】TM744 【 文献标识码】A 【文章编号】（）1008-8032200403-0001-04

引言

0 随着电力电子技术的迅速发展，大量具有非线性特性的电力设备（如电力机车、电弧炉、变 频、变流设备等）投入电网运行，使电网中出现大量谐波，造成电力系统谐波污染，对电力系统的安全、稳定、经济运行构成潜在威胁，给周围电气环境也带来了极大影响，同时也阻碍了电力电子技术的发展。谐波被认为是电网的一大公害，对电力系统谐波问题的研究已逐渐被人们重视。

谐波潮流计算是谐波问题研究中的一个重要分支，是了解电网谐波特性和进行谐波分析的重要 手段，不仅可以描绘出各种工况下全网的谐波潮流分布，计算出各监测点的谐波指标，同时还可以分析产生各种谐波现象的内在原因，进而提出抑制谐波的措施。

国内外许多专家对电力系统谐波潮流的分布问题进行了一系列有价值的研究工作，以求全面了 解谐波电流在电力系统的各个部分是如何分布的，在系统中各个节点产生多少谐波电压。本文概述了电力系统谐波潮流计算的基本要求和特点，并对应用于谐波潮流计算的算法进行了分析和评述。谐波潮流分布的计算原理

1 在具有谐波源的情况下，交流系统的潮流由基波潮流和谐波潮流两部分组成，谐波潮流归根结 底是由基波潮流在非线性元件中转换产生，且只占系统潮流的一小部分。设发电机产生的基波功率为P g1，扣除被系统基波阻抗消耗的基波功率P s1之后，大部分转化为被负荷吸收的基波功率P L1；小部分基波功率P c1流经非线性元件转化为谐波功率。从功率平衡的观点来看，P g1 =P s1+ P L1 +P c1。基波功率P c1转化为谐波功率之后，变为注入电网的谐波电流源，其中一部分谐波功率和返回系统Psh Pgh 阻抗和发电机，分别被系统电阻所消耗和被发电机所吸收；大部分谐波功率被负荷电阻所Rs PLh RL 吸收。从能量平衡的观点来看:P c1=P sh +P gh +P Lh 。一般P Lh （/P sh +P gh ）≈R L （/R s +R g ）。这个比值是比较大的，也就是说，谐波功率传播到交流电网中的部分是比较小的。有非线性负荷的系统中的功率损耗为基波损耗功率P s1和谐波损耗功率（P sh +P gh ）之和；仅有线性负荷的系统中只有基波损耗功率P s1。显然前者为后者的（P s1+ P sh +P gh ）/ P s1倍。

综上所述，可知①基波潮流和谐波潮流的流向是不一样的，两者计算网络也不完全相同，两 :者可以分开求解。②谐波潮流是系统潮流的一部分，两者密切相关，必须先解基波潮流，后解谐波

第卷第期 9 3 重庆电力高等专科学校学报 年月 2004 9 Vol. 9 No. 3 Journal of Chongqing Electric Power College Sep. 2004

收稿日期[] 2004-04-26

潮流。理论上说，两步求解过程应反复迭代。③在求解基波潮流过程中，将非线性负荷表示为某一工况下的线性负荷。在求解谐波潮流过程中，将非线性负荷表示为谐波电流源，其余元件（包括发电机）均为线性元件，则全部求解过程可以采用线性迭加法。

电力系统谐波潮流计算的基本要求2

电力系统谐波潮流计算曾采用了各种不同的方法，这些方法的发展主要是围绕着对谐波潮流计 算的一些基本要求进行的，对谐波潮流计算的要求可以归纳为下面几点:

（）计算速度；

1（）计算机内存占用量；

2　（）算法的收敛可靠性；

3　（）程序设计的方便性以及算法扩充移植等的通用灵活性；

4这四点要求也成为本文后面评价各种谐波潮流算法性能时所依据的主要标准。

谐波潮流计算的特点

3 （）由于合格的发电机产生的电动势基本上是正弦波形的，其谐波含有率可以忽略不计，因 1而通常不把它作为谐波源看待，其谐波电动势为零。

　（）谐波功率一般较小，因而计算一般只着眼于其电流、电压的计算，只在个别情况下，如 2校验一些元件的发热情况时，才需要计算谐波功率。

（）电力系统中许多元件三相都或多或少有些不对称。基波条件下，其不对称并不明显，往 3往可以忽略；而在谐波情况下，它们常常变得很明显，尤其在作较为精确的计算时更不能忽略。另外，有些谐波源，如电力机车，它本身三相就不对称，因而需作不对称三相计算，使计算工作变得复杂。

电力系统谐波潮流计算的主要算法

4 非线性时域分析法

4.1 该方法用微分方程来精确描述非线性元件，从网络的状态方程出发，通过求解微分方程组得出 通过非线性元件的电流波形，对该电流波形进行快速傅氏级数分析，求出基波和各次谐波电流频谱（包括基波和各次谐波电流的幅值和相角），作为注入电网的谐波电流源。

该方法在理论上是严格精确的，但因为要求解微分方程组并进行快速傅氏级数分析，所以其应 用范围受到了极大的限制，仅适用于较小系统的研究，如求解直流换流器、电力机车、电弧炉等复杂谐波电流源的谐波电流频谱，不适合用于大系统的谐波潮流计算。

线性分析法

4.2 线性法忽略基波潮流与谐波潮流的相互影响，分别计算基波潮流与谐波潮流。并假定谐波源的 谐波电流大小和相位仅与基波电压有关，而与谐波电压无关。这样谐波源的谐波电流可表示为: I n =g n (U 1，，，…（）

) n=123 1线性法在不考虑谐波潮流的情况下先算出基波潮流，然后根据基波电压算出谐波源电流，最后 分别求解各次谐波网络方程I n =Y n U n ，就可算出谐波潮流和各监测量的各项谐波指标。

线性法谐波潮流计算的一般步骤为 :

（）作基波潮流计算，求得系统各节点基波电压；

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2 - 重庆电力高等专科学校学报 第卷 9