Unified Harmonic State Estimation Method for AC/DC Hybrid Power Grid with LCC-HVDC

Xiaowan LIN; Feng DAI; Shenquan LIU; Gang WANG; Dehui ZENG; Wei WU

doi:10.7500/AEPS20210827010

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Unified Harmonic State Estimation Method for AC/DC Hybrid Power Grid with LCC-HVDC

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Unified Harmonic State Estimation Method for AC/DC Hybrid Power Grid with LCC-HVDC
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 13, Pages: 94-103(2022)
- 作者机构：
  
  1.华南理工大学电力学院,广东省广州市 510640
  2.广州嘉缘电力科技有限公司,广东省广州市 510610
  3.中国南方电网科学研究院有限责任公司,广东省广州市 510663
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Open Foundation of State Key Laboratory of HVDC(SKLHVDC-2021-KF-13)
- DOI：10.7500/AEPS20210827010
  CLC：
- Received：27 August 2021，
  
  Revised：2022-02-09，
  
  Published Online：26 May 2022，
  
  Published：10 July 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
林晓婉,代锋,刘沈全等.含LCC-HVDC的交直流混联电网统一谐波状态估计方法[J].电力系统自动化,2022,46(13):94-103.

LIN Xiaowan,DAI Feng,LIU Shenquan,et al.Unified Harmonic State Estimation Method for AC/DC Hybrid Power Grid with LCC-HVDC[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(13):94-103.
林晓婉,代锋,刘沈全等.含LCC-HVDC的交直流混联电网统一谐波状态估计方法[J].电力系统自动化,2022,46(13):94-103. DOI： 10.7500/AEPS20210827010.

LIN Xiaowan,DAI Feng,LIU Shenquan,et al.Unified Harmonic State Estimation Method for AC/DC Hybrid Power Grid with LCC-HVDC[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(13):94-103. DOI： 10.7500/AEPS20210827010.

摘要

基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)输电系统的大量应用使交直流混联电网谐波与谐振问题日益突出。谐波状态估计是电网谐波治理的前提，但是现有研究主要着眼于交流电网，即使考虑直流系统，也仅将其视为谐波电流源，不能实现计及交直流系统间谐波相互作用的统一谐波状态估计。为此，基于广域宽频同步监测系统，首先将含LCC-HVDC的交直流混联电网视为一有机整体，建立其统一谐波状态估计模型，有效地反映交直流系统间的谐波相互耦合关系；其次，提出计及经济性、冗余度和鲁棒性的宽频同步相量测量单元综合优化配置模型及其分阶段求解方法，提高了优化配置的科学性和计算效率；再次，采用抗差最小二乘法，求解含LCC-HVDC的交直流混联电网的统一谐波状态估计值；最后，基于PSCAD/EMTDC建立了交直流混联电网仿真模型，仿真结果验证了所提方法的有效性和准确性。

Abstract

The large-scale application of the line commuted converter based high voltage direct current (LCC-HVDC) transmission systems makes the harmonic and resonance problems of AC/DC hybrid power grids increasingly prominent. The harmonic state estimation is the premise of power grid harmonic management

but existing studies mainly focus on AC grids. Even if the DC system is considered

it is only regarded as a harmonic current source. And existing methods cannot achieve the unified harmonic state estimation that takes into account the harmonic interaction between AC and DC systems. Based on the wide-area broadband synchronous monitoring system

and treating the AC/DC hybrid power grid as an organic whole

a unified harmonic state estimation model for the AC/DC hybrid power grid with LCC-HVDC is developed. Then

taking into account economy

redundancy and robustness

a comprehensive model for the optimal placement of broad-band phasor measurement units (bPMUs) and its staged solution method are proposed

which significantly improve the rationality of the placement and the computational efficiency. Furthermore

the robust least squares method is used to solve the unified harmonic state estimation value of the AC/DC hybrid power grid with LCC-HVDC. Finally

a simulation model of the AC/DC hybrid power grid based on PSCAD/EMTDC is established. The simulation results verify the effectiveness and accuracy of the proposed method.

关键词

Keywords

references

李明节 . 大规模特高压交直流混联电网特性分析与运行控制［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 4 ）： 985 - 991 .

LI Mingjie . Characteristic analysis and operational control of large-scale hybrid UHV AC/DC power grids ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 4 ）： 985 - 991 .

常鹏飞，刘天琪，陈相，等 . 交直流系统互补谐振谐波不稳定的抑制措施［J］. 电测与仪表， 2020 ， 57 （ 8 ）： 108 - 114 .

CHANG Pengfei ， LIU Tianqi ， CHEN Xiang ， et al . Suppression measures of harmonic instability for complementary resonance in AC/DC system ［J］. Electrical Measurement & Instrumentation ， 2020 ， 57 （ 8 ）： 108 - 114 .

俞明，吕干云，魏鹏，等 . 电力系统谐波状态估计算法综述［J］. 电工电气， 2019 （ 9 ）： 1 - 6 .

YU Ming ， LYU Ganyun ， WEI Peng ， et al . Review on harmonic state estimation algorithm of power system ［J］. Electrotechnics Electric ， 2019 （ 9 ）： 1 - 6 .

HEYDT G T . Identification of harmonic sources by a state estimation technique ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 1989 ， 4 （ 1 ）： 569 - 576 .

MELIOPOULOS A P S ， ZHANG F ， ZELINGHER S . Power system harmonic state estimation ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 1994 ， 9 （ 3 ）： 1701 - 1709 .

丁同，陈红坤，吴斌，等 . 多谐波源定位及谐波责任量化区分方法综述［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 1 ）： 19 - 30 .

DING Tong ， CHEN Hongkun ， WU Bin ， et al . Overview on location and harmonic responsibility quantitative determination methods of multiple harmonic sources ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 1 ）： 19 - 30 .

牛胜锁，刘颖，梁志瑞，等 . 基于广域测量和抗差最小二乘法的电力系统谐波状态估计［J］. 电力系统保护与控制， 2012 ， 40 （ 8 ）： 10 - 14 .

NIU Shengsuo ， LIU Ying ， LIANG Zhirui ， et al . Power system harmonic state estimation based on generalized measurement and robust least squares ［J］. Power System Protection and Control ， 2012 ， 40 （ 8 ）： 10 - 14 .

谭志勇，王艳松 . 考虑谐波相序特性的谐波状态估计算法的研究［J］. 电力系统保护与控制， 2013 ， 41 （ 7 ）： 79 - 84 .

TAN Zhiyong ， WANG Yansong . Study on the harmonic state estimation algorithm considering the phase sequence characteristics of harmonic ［J］. Power System Protection and Control ， 2013 ， 41 （ 7 ）： 79 - 84 .

魏雯 . 基于谐波状态估计的谐波源辨识方法研究［D］. 济南：济南大学， 2015 .

WEI Wen . Research on harmonic source identification method based on harmonic state estimation ［D］. Jinan ： University of Jinan ， 2015 .

DE MELO I D ， PEREIRA J L R ， VARIZ A M ， et al . A PMU-based distribution system harmonic state estimation using parallel processing ［C］// 2016 17th International Conference on Harmonics and Quality of Power （ICHQP）， October 16-19 ， 2016 ， Belo Horizonte， Brazil ： 496 - 501 .

牛胜锁，张达，梁志瑞，等 . 基于抗差总体最小二乘法的电力系统谐波状态估计［J］. 电力系统保护与控制， 2014 ， 42 （ 11 ）： 106 - 111 .

NIU Shengsuo ， ZHANG Da ， LIANG Zhirui ， et al . Power system harmonic state estimation based on robust total least squares ［J］. Power System Protection and Control ， 2014 ， 42 （ 11 ）： 106 - 111 .

黄焯麒 . 基于支持向量机的电力系统谐波源电流估计［D］. 成都：西南交通大学， 2014 .

HUANG Zhuoqi . Electric power harmonic sources current estimation based on support vector machine ［D］. Chengdu ： Southwest Jiaotong University ， 2014 .

马永硕 . 基于改进GAN的谐波状态估计研究［D］. 北京：华北电力大学， 2021 .

MA Yongshuo . Research on harmonic state estimation based on improved GAN ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2021 .

ZANG T L ， WANG Y ， SUN H B ， et al . Variable parameter Kalman filter based dynamic harmonic state estimation for power systems with wind energy integration ［C］// 2017 IEEE Conference on Energy Internet and Energy System Integration ， November 26-28 ， 2017 ， Beijing， China ： 1 - 5 .

韩斐，杨洪耕 . 基于复值独立分量分析的配电网谐波状态估计［J］. 电网技术， 2014 ， 38 （ 11 ）： 3173 - 3179 .

HAN Fei ， YANG Honggeng . Harmonic state estimation in power distribution network based on complex independent component analysis ［J］. Power System Technology ， 2014 ， 38 （ 11 ）： 3173 - 3179 .

WU J W ， WANG X ， LIU Y D ， et al . Identification of multiple harmonic sources in cyber-physical energy system using supervised independent component analysis ［C］// 2014 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference （I2MTC）， May 12-15 ， 2014 ， Montevideo， Uruguay ： 496 - 501 .

SUPRIYA P ， NAMBIAR T N P . Harmonic state estimation in a distribution generation system environment ［C］// 2015 Global Conference on Communication Technologies （GCCT）， April 23-24 ， 2015 ， Thuckalay， India ： 121 - 124 .

王艳，臧天磊，何正友 . 电网参数变化条件下的谐波状态分段估计方法［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 17 ）： 217 - 223 .

WANG Yan ， ZANG Tianlei ， HE Zhengyou . Harmonic state segmented estimation method under condition of power grid parameters change ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 17 ）： 217 - 223 .

张旭，徐永海，秦本双，等 . 基于正交匹配追踪算法的谐波源定位方法［J］. 电测与仪表， 2021 ， 58 （ 4 ）： 44 - 51 .

ZHANG Xu ， XU Yonghai ， QIN Benshuang ， et al . Harmonic source localization method based on orthogonal matching pursuit algorithm ［J］. Electrical Measurement & Instrumentation ， 2021 ， 58 （ 4 ）： 44 - 51 .

刘俊磊，王钢，李海锋，等 . 计及直流控制特性的直流系统等值模型及其谐波计算［J］. 电力系统自动化， 2014 ， 38 （ 19 ）： 67 - 73 .

LIU Junlei ， WANG Gang ， LI Haifeng ， et al . HVDC system equivalent model and harmonic calculation with DC control system characteristics taken into account ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2014 ， 38 （ 19 ）： 67 - 73 .

靳宗帅，张恒旭，石访，等 . 宽频带同步测量技术与应用［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 7 ）： 2497 - 2508 .

JIN Zongshuai ， ZHANG Hengxu ， SHI Fang ， et al . Synchronized wideband measurement technology and its applications ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 7 ）： 2497 - 2508 .

吴艳平，姚建国，常乃超，等 . 多功能宽频测量装置的设计与实现［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 20 ）： 136 - 141 .

WU Yanping ， YAO Jianguo ， CHANG Naichao ， et al . Design and implementation of multi-functional wide-frequency measurement device ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 20 ）： 136 - 141 .

程新功，侯广松，欧朱建，等 . 电网谐波状态估计中的可观性分析方法： CN103904653A ［P］. 2014-07-02 .

CHENG Xingong ， HOU Guangsong ， OU Zhujian ， et al . Observability analyzing method in power grid harmonic state estimation ： CN103904653A ［P］. 2014-07-02 .

陈立，申双葵，苏小平，等 . 电网谐波状态估计量测点的优化配置方法［J］. 电力科学与技术学报， 2017 ， 32 （ 1 ）： 49 - 54 .

CHEN Li ， SHEN Shuangkui ， SU Xiaoping ， et al . Optimal configuration method of harmonics estimation metering in power grid ［J］. Journal of Electric Power Science and Technology ， 2017 ， 32 （ 1 ）： 49 - 54 .

LAOUAMER M ， KOUZOU A ， MOHAMMEDI R D ， et al . Optimal PMU placement in power grid using sine cosine algorithm ［C］// 2018 International Conference on Applied Smart Systems （ICASS）， November 24-25 ， 2018 ， Medea， Algeria ： 1 - 5 .

毛义，吕飞鹏 . 基于博弈演化算法的PMU最优配置方法［J］. 电力自动化设备， 2017 ， 37 （ 10 ）： 184 - 188 .

MAO Yi ， LÜ Feipeng . Optimal PMU placement method based on evolutionary game algorithm ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2017 ， 37 （ 10 ）： 184 - 188 .

何胜，杨斌，俞明，等 . 一种谐波量测点优化配置的两阶段算法［J］. 电力系统及其自动化学报， 2021 ， 33 （ 6 ）： 22 - 27 .

HE Sheng ， YANG Bin ， YU Ming ， et al . Two-stage algorithm for optimal configuration of harmonic measurement points ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2021 ， 33 （ 6 ）： 22 - 27 .

MORADIFAR A ， FOROUD A A ， FIROUZJAH K G . Intelligent localisation of multiple non-linear loads considering impact of harmonic state estimation accuracy ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2017 ， 11 （ 8 ）： 1943 - 1953 .

王钢，李志铿，李海锋，等 . 交直流系统的换流器动态相量模型［J］. 中国电机工程学报， 2010 ， 30 （ 1 ）： 59 - 64 .

WANG Gang ， LI Zhikeng ， LI Haifeng ， et al . Dynamic phasor model of the converter of the AC/DC system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2010 ， 30 （ 1 ）： 59 - 64 .

贺杨烊，郑晓冬，邰能灵，等 . 交直流混联电网LCC-HVDC换流器建模方法综述［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 11 ）： 3119 - 3130 .

HE Yangyang ， ZHENG Xiaodong ， TAI Nengling ， et al . A review of modeling methods for LCC-HVDC converter in AC/DC hybrid power grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 11 ）： 3119 - 3130 .

陈代忠，王顺亮，焦宁，等 . 基于动态相量法的电网换相换流器谐波传递研究［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 12 ）： 4250 - 4261 .

CHEN Daizhong ， WANG Shunliang ， JIAO Ning ， et al . Research on harmonic transfer of line commutated converter based on dynamic phasors method ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 12 ）： 4250 - 4261 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Development and Engineering Application of Controllable Line Commutated Converter

Discussion on Basis and Coordination Relationships of Settings for High Voltage Direct Current Transmission Protection

Key Control Strategy for Suppressing Commutation Failure Based on Integrated Gate Commutated Thyristor

Related Author

Wei WU

HE Zhiyuan

GAO Chong

YE Hongbo

YANG Jun

WANG Chenghao

SHENG Caiwang

WANG Junsheng

Related Institution

Electric Power Research Institute of China Southern Power Grid Company

State Grid Shanghai Municipal Electric Power Company

Beijing Key Laboratory of High Power Electronics (State Grid Smart Grid Research Institute Co., Ltd.)

State Key Laboratory of Advanced Power Transmission Technology (State Grid Smart Grid Research Institute Co., Ltd.)

Nanjing Nari-Relays Electric Co., Ltd.

⁰