[发明专利]用于电力网络节点谐波特性分析的多主元模态分析法

说明书

本发明提供了用于电力网络节点谐波特性分析的多主元模态分析法，包括以下步骤：1、构建电力网络的节点导纳矩阵，对节点导纳矩阵进行特征分解；2、构建电力网络的节点导纳方程，得到电力网络节点的模态阻抗；3、对模态阻抗矩阵的特征根排序，根据累积方差贡献率的指标确定保留的特征根的个数；4、计算电网的谐波畸变水平的指标；5、计算电力网络节点的谐波风险评估指标。本发明在传统的模态分析法的基础上，利用累积方差贡献率的指标来确定保留的模态的个数，避免了注入电力网络中的丰富的谐波成分中含有非谐振频次的谐波，单一模态量占主要地位的条件被破坏，而导致电力网络节点谐波特性分析的精度达不到要求的问题。

技术领域

本发明涉及电力网络谐波分析领域，具体涉及用于电力网络节点谐波特性分析的多主元模态分析法。

背景技术

随着电力网络中电力电子设备的推广，非线性负荷的增加，特别是高压直流输电技术的应用，电力网络的谐波问题变得越来越严重。因此，对系统的谐波特性进行评估十分必要。

现有的谐波分析方法可以分为时域分析方法和频域分析方法。

时域分析方法主要是指电磁暂态仿真，该方法对电力网络分场景做实时分析，虽然准确性比较好，但该方法对元件的参数要求较高，耗时长，而且分析是非全局性的。

频域分析方法主要包括谐波潮流程序、频率扫描法等；其中谐波潮流计算是最基本的谐波分析方法，该方法也是对电力网络分场景分析，具有全局性，对元件参数要求不高，但计算涉及矩阵求逆，耗时较长；频率扫描法本质上是基于谐波潮流计算的，主要用于电力网络谐振点的识别和滤波器的设计，该方法需要依次对母线的输入阻抗进行频率扫描，需要遍历所有母线和所有感兴趣的频率。以上各方法都存在自己的弊端，且它们都无法评估各母线在谐波问题中的参与程度，或者说各母线受谐波影响程度的大小。

模态分析法是一种分析电力网络谐波谐振特性的有效方法，该方法基于对系统导纳矩阵的特征分解，将电力网络各母线的电压、电流之间的关系在模态域“解耦”，把谐振问题的分析转化为谐振模态的分析，与频率扫描法相比，模态分析法不仅能识别系统的谐振频率，还能评估电力网络中的各母线参与谐波谐振的程度，对于谐振问题治理具有重要的意义。

但是传统的模态分析法针对的是电力网络的谐振问题，即当电力网络发生并联谐振时，电力网络的导纳矩阵进行特征分解得到的某个特征根趋近于零，该零特征根是引发电力网络谐振问题的根本原因，因此我们只保留该特征根及其对应的模态电压和模态电流。但是向电力网络注入谐波的谐波源中往往含有丰富的谐波成分，如变压器的励磁涌流等；对于非谐振频次的谐波，传统的模态分析法的适用条件不再满足，即导纳矩阵特征分解得到特征根中不再是仅有某一个特征根趋近于零，此种情况下，如果继续使用传统的模态分析法，将导致电力网络节点谐波特性分析的精度达不到要求。

发明内容

本发明的目的在于提供用于电力网络节点谐波特性分析的多主元模态分析法，能够解决背景技术中所述的传统的时域分析方法和频域分析方法所存在的问题，还能够解决传统的模态分析法只能分析谐振频次的谐波，而不能分析非谐振频次的谐波的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

用于电力网络节点谐波特性分析的多主元模态分析法，包括以下步骤：

步骤1、根据电力网络节点的参数构建电力网络的节点导纳矩阵，并对节点导纳矩阵进行特征分解，得到节点导纳矩阵的特征分解结果；

步骤2、根据电力网络节点的参数形成电力网络的节点导纳方程，将节点导纳矩阵的特征分解结果代入节点导纳方程，得到电力网络节点的模态阻抗；

步骤3、对电力网络节点的模态阻抗矩阵的特征根从大到小排序，根据累积方差贡献率的指标确定保留的特征根的个数，即保留的模态量的个数；