諧波責任劃分方法諧波責任劃分方法

諧波責任劃分的關鍵是準確估算諧波阻抗。諧波阻抗估計方法主要包括“干預式”法和“非干預式”法：“干預式”法需要向電網中注入諧波電流或改變系統(tǒng)的拓撲結構來確定諧波阻抗，這類方法會對電力系統(tǒng)的運行造成不良的影響；“非干預式”法則是利用PCC的諧波測量數據來估算諧波阻抗和背景諧波，該類方法對系統(tǒng)的運行不構成影響，成為諧波責任劃分研究的一個主要方向。

“非干預式”法主要包括線性回歸法和波動量法。線性回歸法通過求解回歸方程的系數來確定系統(tǒng)側諧波阻抗，包括二元線性回歸法、穩(wěn)健回歸法、偏最小二乘回歸法、復線性最小二乘法等。應用線性回歸法準確評估諧波責任的前提是背景諧波基本穩(wěn)定，若背景諧波波動較大會導致回歸計算的諧波阻抗存在較大誤差，進而造成評估的諧波責任不準確。波動量法利用PCC的諧波電壓與電流波動量的比值來估算系統(tǒng)諧波阻抗。波動量法由于系統(tǒng)側和用戶側的諧波波動同時存在而引入了估計誤差。上述研究方法針對的是諧波向量數據，而變電站的電能質量監(jiān)測系統(tǒng)很少直接測量諧波電壓或電流的相角數據，僅僅給出其幅值數據。

諧波責任劃分方法二元線性回歸法

諧波責任劃分方法穩(wěn)健回歸法

基于穩(wěn)健回歸的系統(tǒng)諧波阻抗及用戶諧波發(fā)射水平的估計方法：利用在公共連接點同步測量得到的諧波電壓和諧波電流信號，通過復加權最小二乘迭代算法求解回歸系數；利用Huber 函數作為影響函數進行加權迭代計算，權重為上次迭代的殘差函數，以此減少奇異值對回歸系數的影響；由回歸系數映射出系統(tǒng)諧波阻抗，并跟蹤計算用戶的諧波發(fā)射水平。

在現行的線性回歸分析中，普遍采用最小二乘法求解回歸系數。該方法由于計算簡單實用，又能在正態(tài)假定下應用統(tǒng)計檢驗理論，因此得到了廣泛應用。然而，由于最小二乘法是以計算殘差平方和達到最小來求解回歸系數的，這會使奇異值(與其它數據不具有相同的樣本統(tǒng)計特性)的作用增加，統(tǒng)計誤差增大，從而使得回歸方程缺乏穩(wěn)健性(Robust)。因此，穩(wěn)健回歸法通過反復加權進行最小二乘迭代，排除異常數據的干擾，具有較好的穩(wěn)健性。

諧波責任劃分方法偏最小二乘回歸法

二元回歸法缺少對系統(tǒng)的奇異值進行處理，同時對數據統(tǒng)計特性的一致性要求較高；穩(wěn)健回歸法雖然通過加權處理，有效去除一些奇異值，但是在統(tǒng)計特性上缺少對變量的相關性進行分析，在數據處理上仍然會帶來一些誤差。偏最小二乘回歸方法也在該領域中得到應用。該方法能夠在自變量存在嚴重的相關性的條件下進行回歸建模，并具有每一個自變量的回歸系數將更容易解釋等特點。

諧波責任劃分方法復線性最小二乘法

基于復線性最小二乘原理的等效諧波阻抗和背景諧波電壓計算方法，可定量劃分諧波源對關注母線諧波責任。不同于傳統(tǒng)的將復數實部和虛部分開計算方法，復線性最小二乘法通過直接在復數域內求解誤差模的平方和最小值，得到了真實的最小二乘解。在此基礎上，利用基于內積理論推導諧波責任定量劃分的計算公式，量化了諧波源對關注母線的諧波責任。

諧波責任劃分方法波動量法

二元線性和穩(wěn)健性種回歸方法在回歸方程的推導上均存在以下問題：①忽略了諧波阻抗的實部，這將導致諧波阻抗的估計值產生較大誤差；②以諧波電流為參考相量對回歸方程進行實部、虛部劃分，要求諧波電壓、電流的相角量測非常準確，否則將導致諧波阻抗估計值精度的下降；③假設電力系統(tǒng)中諧波擾動為隨機白噪聲，且擾動程度較小，而未深入研究在其他擾動類型下不同程度的波動對估計值精度的影響，具有一定的工程實用局限性。

波動量法通過分析公共連接點（PCC）處電壓和電流的波動量，利用兩者比值估計諧波阻抗。該方法原理簡單，估計誤差小，適用范圍廣，在提高設備測量精度的前提下，具有很強的工程應用前景。

采用波動量法準確估計系統(tǒng)側諧波阻抗需滿足一定條件，即系統(tǒng)側電流波動必須遠遠小于負荷側電流波動。然而，某些工況雖滿足該條件，估計值卻仍無法達到工程精度要求。

隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，用電負荷日趨復雜化和多樣化。大量具有非線性特征的負荷會給電力系統(tǒng)注入過多的高次諧波，對電力系統(tǒng)包括用戶的安全、經濟運行產生危害和影響。諧波含量的增加，會使電氣設備過熱、產生振動和噪聲，發(fā)生絕緣老化，使用壽命縮短，甚至故障或燒毀；同時，可能引起繼電保護和自動裝置誤動作，使電能計量出現混亂；對于電力系統(tǒng)外部，諧波對通信設備和電子設備會產生嚴重干擾。電力系統(tǒng)的發(fā)展，各種傳統(tǒng)非線性負載及光伏、風電等新能源大量接入電網，電網中的諧波污染越來越嚴重。為了避免電能質量糾紛和有效控制電網中的諧波，國際上提出了一種“獎懲性方案”即系統(tǒng)與用戶在額定的范圍內正常交易，如果系統(tǒng)不能保證供電質量，用戶應當得到賠償；如果用戶產生的諧波污染超出允許值，則系統(tǒng)在保證向用戶正常供電的前提下要收取額外的懲罰費用；用戶吸收了系統(tǒng)中額外的諧波功率，系統(tǒng)應當給予用戶一定的補償和鼓勵。該方案實施的前提是在公共連接點對系統(tǒng)以及用戶的諧波發(fā)射水平進行合理的評估。該方案有效實施的重要前提之一就是要正確劃分和評估各諧波源的諧波責任。

國家標準對公用電網諧波的允許閾值作出了具體規(guī)定，但并不能科學地解決供用電雙方在制定經濟性評估標準上的爭論。為了對諧波污染進行有效、合理的經濟性評估，需要在公共連接點（point of common coupling，PCC）對系統(tǒng)及用戶承擔的諧波責任進行定量劃分。

非線性元件在工頻電壓下，除了會產生工頻電流外，還會產生工頻整倍次數的電流，即諧波污染，如圖1所示。圖1（a）為一個簡單的配電網示意，Z1為線性負荷，Z2為非線性負荷，i1 （t）、i2（t）分別為其支路上電流，u（t）為PCC 處電壓。由圖（b）、（c）、（d）可見，工頻電壓加在線性負荷與非線性負荷所產生電流的不同。由此可見，非線性負荷是產生諧波的主要原因。

諧波責任劃分方法基于波形匹配的諧波責任劃分方法

基于波形匹配的諧波責任劃分方法基于諧波等值電路，通過分析PCC的諧波電壓幅值與諧波電流幅值的關系建立起二者的線性方程，提出了一種基于波形匹配的諧波責任劃分方法。通過動態(tài)時間彎曲距離與窗口滑動檢測出關注時間內諧波電壓與電流相似度較高的波形，篩選出背景諧波穩(wěn)定的諧波子序列，再利用最小二乘法求解線性方程估算出系統(tǒng)側等效諧波阻抗，進而實現諧波責任劃分。仿真分析與實際工程應用分析驗證了該方法與已有方法相比，在估算系統(tǒng)側等效諧波阻抗方面具有較高的準確性，易于工程應用。

諧波責任劃分方法考慮背景諧波波動的諧波責任劃分方法

充分考慮背景諧波波動對諧波責任劃分的影響，提出用主導波動量法和分位數回歸法相結合的方法來進行諧波責任劃分。采用主導波動量法篩選用戶主導的波動量樣本準確地估計背景諧波阻抗，消除背景諧波波動帶來的影響。然后將諧波責任劃分問題轉化為回歸方程截距的求取問題，在此基礎上，采用分位數回歸法實現了背景諧波波動情況下諧波責任的準確劃分。所提方法穩(wěn)健性強，并充分利用了背景諧波電流的波動規(guī)律。在IEEE 13 節(jié)點系統(tǒng)中進行仿真分析，結果驗證了所提方法在背景諧波波動的工況下具有準確性高和適應性強的優(yōu)點。

諧波責任劃分方法不同電能質量等級下的諧波責任劃分方法

不同電能質量等級下的諧波責任劃分方法提出一種考慮不同電能質量等級下的諧波責任劃分方法。首先，計算公共連接點的電壓總諧波畸變率，對PCC點進行電能質量等級劃分；其次，根據劃分的電能質量等級對諧波電壓、諧波電流數據進行分段處理，利用偏最小二乘法計算每段諧波責任；最后，求加權求和得到關注時間段的諧波責任。為驗證方法的有效性，在IEEE13節(jié)點測試系統(tǒng)上做了仿真分析。結果表明，該方法綜合考慮到電能質量的影響，較傳統(tǒng)方法更為合理。 2100433B

音頻信號源通過功率放大器時，由于非線性元件所引起的輸出信號比輸入信號多出的額外諧波成分。諧波失真是由于系統(tǒng)不是完全線性造成的，用新增加總諧波成份的均方根與原來信號有效值的百分比來表示。例如，一個放大器在輸出10V的1000Hz時又加上 Lv的2000Hz，這時就有10%的二次諧波失真。所有附加諧波電平之和稱為總諧波失真。一般說來，1000Hz頻率處的總諧波失真最小，因此不少產品均以該頻率的失真作為它的指標。但總諧波失真與頻率有關，因此美國聯邦貿易委員會于1974年規(guī)定，總諧波失真必須在20～20000Hz的全音頻范圍內測出，而且放大器的最大功率必須在負載為8歐揚聲器、總諧波失真小于1%條件下測定。國際電工委員會規(guī)定的總諧波失真的最低要求為：前級放大器為0.5%，合并放大器小于等于0.7%，但實際上都可做到0.1%以下：FM立體聲調諧器小于等于1.5%，實際上可做到0.5%以下；激光唱機更可做到0.01%以下 。

“噪聲”描述的是由放大器產生的隨機電信號。諧波是頻率為輸入信號頻率整數倍的信號?？傊C波失真和噪聲技術規(guī)格通過比較失真諧波的電平?(V<**>i)?和RMS噪聲電壓?(V<**>n)?與輸入信號的電平?(Vf)?來量化這些因素 。

（1）諧波使公用電網中的元件產生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設備的效率，大量的3次諧波流過中性線時會使線路過熱甚至發(fā)生火災。

（2）諧波影響各種電氣設備的正常工作。諧波對電機的影響除引起附加損耗外，還會產生機械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴重過熱。諧波使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞。

（3）諧波會引起公用電網中局部的并聯諧振和串聯諧振，從而使諧波放大，這就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起嚴重事故。

（4）諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，并會使電氣測量儀表計量不準確。

（5）諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產生干擾，輕者產生噪聲，降低通信質量；重者導致住處丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。