基于直接解耦法的恒流源谐波潮流计算(matlab版+python版)

程序名称##

恒流源谐波潮流计算(matlab版+python版)

程序功能(对象)

1. 适用于任意大小的纯交流电网,支持节点和支路的增删；
2. 适用于接入多个服从不同概率分布的风电、光伏等分布式电源；
3. 将DG和换流站等内部换流器视为谐波源，谐波源位置数量不限；
4. 考虑谐波次数较高的5/7/11/13/17次谐波的影响，可以根据需求增加次数；
5. 计算方法采用解耦法中的直接法计算，计算速度更快；
6. 输出内容为节点电压谐波畸变率以及系统的各次谐波损耗；
   

谐波潮流理论分析

在编程之前首先需要学习相关内容，谐波源主要分为两类：一类为含半导体非线性元件的各种电力电子设备；另一类为含有电弧和铁磁非线性设备的谐波源，如变压器、电弧炉和荧光灯等。
1. 恒流源模型：k次谐波电流与基波电压关联公式

2.发电机的k次谐波等值模型公式：

3.变压器的k次谐波等值模型公式：

4.线路的k次谐波等值模型公式：

5.基波潮流通过牛顿法迭代求解，谐波潮流通过高斯消元法求解

6.采用直接解耦法考虑多时段的谐波潮流计算流程图

基于直接解耦法的谐波潮流计算流程图

程序函数说明

matlab版：

1. 主程序：MY_harmonic_flow
2. 输入算例子程序：所有case文件
3. 节点导纳子程序：createYbus文件
4. 雅克比矩阵子程序：Jacobi文件(n-1+m*n-1+m)
5. 主程序内子函数：
   5.1 牛顿拉夫逊基波潮流计算;
   5.2 恒流源等效的谐波潮流计算;
   

python版：

2.1读表函数：

def read_sheet(data_matrix):

2.2节点导纳：

def createYbus(bus,branch):

2.3切片函数：

def slice_matrix(Matrix,Queue_row,Queue_col):

2.4节点注入功率函数：

def calculate_PiiQii(busNum,Bus_V,Ybus):

2.5雅克比矩阵函数：

def jacobi(V,Y,ac_pq,ac_pv,Pi,Qi):

2.6谐波潮流主函数：

def Harmonic_Flow(ac_bus,ac_branch,ac_gen,ac_dg,ac_baseMVA,source):

所有子函数matlab版与python版命名保持一致。

程序计算步骤及流程图

以matlab版程序作为讲解。

1 参数初始化及基波潮流计算步骤

参数初始化，读取网络参数，在此标幺化，随机潮流是在确定性基波潮流计算基础之上进行的，参数初始化和基波潮流程序下载： https://blog.youkuaiyun.com/WConstelltion/article/details/123751611.
牛顿拉夫逊基波计算步骤不再累赘：https://blog.youkuaiyun.com/WConstelltion/article/details/123773744?spm=1001.2014.3001.5501

2 谐波潮流计算步骤

2.1基波节点注入电流：

Ii = Ybus*Ui;                 

2.2h次谐波源的谐波含有率确定：

%bus_i    3th   5th   7th    9th    11th    13th    15th    17th  
mpc.source=[
    12    0    0.2001   0.1409   0    0.0908   0.0706    0    0.0519];

2.3h次谐波源的谐波电流大小计算：

I_h(source1(:,1)) = -Iii(source1(:,1), 2).*source1(:,  i+1); 

2.4元件谐波等值模型计算：

XG_h = 1i*h*ac_gen(:, 23)/ZB;                                                         
Zload(ac_pq(Num_L) ,i) = RL+1i*h*XL; 
branch_h(: ,4) = h*ac_branch(: ,4);
branch_h(: ,5) = h*ac_branch(: ,5);

2.5谐波节点导纳矩阵：

Ybus_h = createYbus(ac_baseMVA, bus_h,  branch_h);

2.6直接法计算：

U_h = (Ybus_h^-1)*I_h;

计算结果展示

1. 如下图所示为IEEE33节点谐波电压畸变率求解结果，总共考虑了5/7/11/13/17次谐波的影响，同时可以看出次数越低谐波电压幅值越高，谐波源节点12和29的谐波电压均出现峰值，与谐波源电气距离越近其受谐波的影响越显著。
   
   2、 如下图所示为IEEE33节点谐波支路电流求解结果，总共考虑了5/7/11/13/17次谐波的影响，同时可以看出次数越低各支路的谐波电流幅值越高，谐波源节点12和29的谐波电流较大。
   

matlab版与python版对比

当将谐波源增加至四个时，两个版本的对各个节点的谐波电压畸变率计算结果对比如下图所示，其数值与matlab版计算结果一致

程序链接与探讨

前辈资料: https://download.youkuaiyun.com/download/king6673663/8745937.
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