电力电子化配电网谐波分布式全局优化治理策略

随着含变流器分布式发电和电力电子用电设备大规模渗透到配电网，以及交直流电网转换器、电力电子变压器等电网控制设备迅速发展应用，现代配电网呈现显著的电力电子化趋势。大量电力电子设备的高密度接入使电网谐波污染日趋严重，谐波源呈现高密度、分散化、全网化的特点。

谐波源不仅从数量和分布广度上出现新情况，而且谐波分布的动态性和不确定性也显著增大，传统点对点治理显然不具可行性。因而，探索新手段从电网侧系统地解决配电网电力电子化造成的谐波问题十分必要。

针对电力电子化配电网微谐波源高密度渗透问题，提出一种基于电压检测型有源电力滤波器(Voltage Detection Active Power Filters , VDAPF)的电网侧全局分布式谐波优化治理方法。采用全局优化与本地控制相结合的策略实现谐波分布式协同治理。提出基于分区灵敏度的VDAPF本地运行控制特性及其控制参数选取方法，可有效适应时变污染的短时间尺度本地在线治理；建立以全网各节点电压畸变指标最优为目标的分布式VDAPF运行点优化配置方法，保障分布式治理系统的全局协同性。本文方法为电力电子化配电网实现全网优质供电提供了一种全新解决方案。

1）分布式VDAPF全局优化治理方案

如图1所示，提出的分布式控制方案由监控主站和分布式本地控制器两层组成。配电网量测终端周期性采集各节点谐波电压信息并上传至谐波监控主站。主站端实施长时间尺度谐波治理，从全局角度对APF运行状态和参数进行协调优化。本地控制器实施在线短时间尺度谐波治理，遵照主站提供的指令参量执行治理任务，并按本地控制规律自动响应分区内谐波随机扰动，保证分区内各节点的谐波电压不越限。

图1  电力电子化配电网分布式VDAPF全局优化治理方案

2）VDAPF治理分区方法

VDAPF对其接入节点及附近的谐波治理效果较明显，而对较远节点的治理效果较弱。因此，可将整个电网划分为多个控制区域，各VDAPF主要负责控制区域内被控节点的谐波治理任务。VDAPF等效谐波电导的增量对各被控节点谐波电压的治理程度决定了谐波治理效果，对于h次主导谐波，首先定义任一被控节点j的谐波电压对控制节点ci处谐波治理电导的灵敏度w_h,j,ci为

控制节点的等效电导存在于网络谐波导纳矩阵Y_h的对角元素中，如式（2）所示。对式（2）可求U_h对G_i的灵敏度值w_h,j,ci，并得到所有被控节点谐波电压对控制节点等效电导的灵敏度矩阵S_U-G。

（1）以每个VDAPF接入节点为区域中心，形成m个初始区域。将灵敏度矩阵各行按照从大到小进行排序，得到m个序列。设定谐波灵敏度阈值b_cthre，将谐波灵敏度大于阈值的被控节点划分到与控制节点灵敏度最大的控制区域。

（2）对于谐波灵敏度小于阈值的被控节点，则对矩阵 中该节点所在列进行从大到小排序，将被控节点同时划分到灵敏度排在前两位的控制节点所在区域，以此形成多台VDAPF相互支撑，实现对边缘化节点的共同控制。

3）设计VDAPF本地运行特性

VDAPF通过生成虚拟谐波电导来提供谐波释放通路，从而改善附近区域的谐波电压，等效谐波电导表征了其对谐波的治理强度。因此，本文以虚拟谐波电导与谐波电压的关系建立本地运行特性。对于h次谐波，设计VDAPF本地控制运行特性为上扬特性，如图2所示。

图2  G-U上扬调节特性

G-U特性的倾斜度反映了调节单位谐波电压所对应的谐波电导增量。VDAPF基于谐波电导-谐波电压的上扬特性为

4）基于灵敏度的VDAPF本地运行特性参数的设定

控制节点电压畸变随污染时变而波动，如图3中波动的曲线所示。图中两虚线为控制节点电压总畸变波动范围的上下边界，实际的畸变水平存在接近限值以及远离限值两种极端情形。

图3  VDAPF节点的THD值波动情况

控制区域内谐波源节点注入的谐波电流扰动量为,由式（5）所示的区域谐波网络传播方程可得区域内各节点的谐波电压值扰动量。

以式（6）为约束条件，求得使式（7）成立的最小谐波电导调节量DG_h,ci,，可得到此时本地运行特性中h次谐波电导调节度的最小值为

依据全局优化与本地自治运行相结合的多时间尺度分布式协同治理方案，采用基于分区灵敏度的VDAPF本地运行控制特性及其控制参数选取方法，可有效适应时变污染的短时间尺度本地在线治理。提出的以全网各节点电压畸变指标最优为目标的分布式VDAPF运行点优化配置方法，可保障分布式治理系统的全局协同性。

引文信息

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