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配电网中谐波状态估计与谐波源定位方法研究

摘要

配电网中随着非线性负载的增多，谐波污染问题日益严重，不仅对电能的质

量产生影响，而且也影响到电网的经济、安全及平稳运行。谐波的治理首先需要

对电网中的谐波源进行检测和定位。为此本文采用谐波状态估计法对谐波源定位

技术进行了研究，并研究了谐波发射水平的定量估计，为谐波的治理提供了理论

依据，对电网的安全、平稳运行具有重要意义。

基于状态估计的谐波源定位方法具有整体性，精度高，可适用于多谐波源的

检测。本文根据状态估计法提出了基于正交匹配追踪算法的谐波源定位方法。由

于系统中谐波源的分布具有稀疏性，因此方程会呈现欠定形式，导致求解困难。

针对此问题本文采用压缩感知方法实现信号的压缩采样与稀疏表示，利用正交匹

配追踪算法进行求解，实现谐波源的准确定位。文章将节点谐波电流作为状态量，

支路谐波电流作为量测量，估计出节点注入的谐波电流，实现了当系统在一定程

度非全局可观时的谐波源的有效定位。并在IEEE14节点系统中进行仿真，在仿

真分析中，改变谐波源的数量以及考虑量测误差，并将该方法与传统的最小二乘

法进行比较，结果表明，提出的方法精度较高，能精确地得到谐波源的分布状态，

且实用性好、具有较强的抗干扰能力。

在空间范围内对谐波源进行定性检测的基础上，完成对谐波发射水平的定量

估计。对此本文提出了主成分线性回归方法。首先对公共连接点处的电压和电流

信号进行采样，然后采用主成分分析方法，建立因变量与主成分之间的线性回归

方程，通过求解回归系数得到系统侧的谐波阻抗，再根据谐波阻抗求出谐波发射

水平。运用Matlab软件对所提方法进行仿真分析，结果表明该方法能够准确地

对公共连接点处的谐波发射水平进行定量评估，且与传统的二元线性回归法相比

较精度更高，稳定性更好，为谐波责任的划分提供了理论依据。

最后本文在方法研究的基础上设计了谐波源定位检测系统，分析搭建了系统

的硬件架构，并基于Labview平台完成软件的开发。所开发的软件将采集到的谐

波电压和谐波电流数据进行数据处理，计算出节点的注入谐波电流并完成谐波发

射水平的估计，从而实现谐波源的定位。在实验室搭建模拟谐波发生装置，验证

了所设计的系统具备较好的谐波源定位功能，对电网的谐波检测与治理具有非常

重要的现实意义。

关键词：

谐波状态估计，正交匹配追踪算法，谐波发射水平，主成分分析，Labview

ResearchonHarmonicStateEstimationandLocationof

HarmonicSourceinDistributionNetwork

Abstract

Withtheincreaseofnonlinearloadindistributionnetwork,harmonicpollutionis

becomingmoreandmoreserious,whichnotonlyaffectsthequalityofpower,but

alsoaffectstheeconomy,safetyandsmoothoperationofpowergrid.Inorderto

controlharmonics,itisnecessarytodetectandlocatetheharmonicsourcesinthe

powergrid.Thispaperusestheharmonicstateestimationmethodtostudythe

harmonicsourcelocationtechnology,andresearchesthequantitativeestimationofthe

harmonicemissionlevel,whichprovidesatheoreticalbasisfortheharmoniccontrol,

andhasgreatsignificanceforthesafeandstable