基于云模型的分布式居民负荷谐波集体影响的评估方法研究

The proliferation of power-electronic-based distributed loads have resulted in significant harmonic distortions in residential distribution systems. There is an urgent need for techniques that can determine the collective harmonic impact of these distributed residential loads. Such techniques can be used, for example, to predict the harmonic effects of mass adoption of the plug-in hybrid electrical vehicles (HEVs). In response to the need, this paper proposes a bottom-up, cloud model based method for residential feeders with consideration of the impacts of customer behavior and regulatory policy changes by introducing the psychology modeling of harmonic loads. The method models the random harmonic injections of home appliances by simulating the random operating statuses of the appliances with considering the impacts of customer behavior and regulatory policy changes. This is done through determining the switching-on probability of an appliance based on the load research results. The result is a randomly varying harmonic equivalent circuit representing a residential house. By establishing the harmonic model of multiple residential houses based on cloud model supplied with a service transformer. Based on the proposed techniques, the project will study the collective impact of residential loads on the secondary power distribution systems. The proposed method is sysmatematic and versatile, which can be applied for other distributed load time-varying stochastic harmonic ananlysis and the study of the performance of demand response programs.

随着民用分布式非线性负荷在配电网中越来越多的应用，在电网中引起日益严重的谐波畸变，逐渐引起业界的重视。配电网分布式非线性负荷集体谐波影响的评估技术，变得很必要且具有重要意义。例如，其可用于预测大量采用插入式混合动力车对配电网的集体谐波影响。针对这个需求，引入谐波负荷心理学模型以反映居民生活习惯和电力监管政策变化的影响，为配电网提出一种自下向上的、基于云模型的分布式居民负荷集体谐波影响的评估方法,并对其进行研究。它通过仿真负荷的随机操作状态以建立非线性负荷的随机谐波注入模型，并基于负荷研究结果确定负荷的开启概率性分布。一个家庭可用一个随机变化的谐波等效电路代表，基于云模型以建立多个居民家庭的谐波模型，以评估多个居民家庭对配电网的集体谐波影响。所提评估方法具有系统性和通用性，可方便地应用于其它分布式时变随机谐波分析和需求响应分析中，具有重要的理论意义和工业价值。

项目面向分布式居民非线性负荷提出了一种自下向上的谐波集体影响分层评估体系，建立了居民家用电器、居民家庭及居民小区分层负荷谐波电气模型和行为学模型，研究了基于负荷特征的非干预式负荷识别方法，提出一种基于云理论的随机多谐波源叠加方法，研究了分布式电源和电动汽车对于配电网的谐波影响。项目建立了居民负荷谐波发射测试方案和平台，对国内典型居民电器的谐波发射特性进行了系统测试，基于测试和仿真结果搭建了典型非线性居民负荷的诺顿等效电路谐波模型和耦合导纳矩阵谐波模型。项目考虑居民家庭人口、生活习惯、地域等对居民负荷使用的影响，引入家庭有效人口概率函数和负荷开关概率函数等描述典型负荷行为学模型。项目提出了一种基于0-1二次规划的居民负荷特征的非干预式负荷识别方法，采用基于滑动窗双边累积和方法检测负荷开启状态，将居民用电信息细分至每个电器级别。项目提出一种基于云理论的随机多谐波源叠加方法，引入符号判别法和阻抗归一化方法对居民负荷谐波阻抗进行估计，定量区分系统侧和用户侧谐波责任，得出负荷侧谐波电流概率密度分布，采用云变换方法拟合谐波电流概率分布曲线以呈现居民负荷谐波电流分布曲线多峰特性。项目将所提谐波评估方法应用于分布式电源和电动汽车接入对于配电网的谐波影响研究。项目研究成果为研究居民负荷谐波来源、制定谐波治理措施和监管政策具有重要指导意义和参考价值。