Partitioning Harmonic Evaluation Method for Power System Considering Multi-frequency Coupling Influences

ZHAO Chaodai; SUN Yuanyuan; WANG Tongxun; LI Yahui; HOU Xiaolei; LIU Haijun

doi:10.7500/AEPS20250707004

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Partitioning Harmonic Evaluation Method for Power System Considering Multi-frequency Coupling Influences

Basic Research | 更新时间：2026-09-01

- Partitioning Harmonic Evaluation Method for Power System Considering Multi-frequency Coupling Influences
- Automation of Electric Power Systems Vol. 50, Issue 17, Pages: 228-239(2026)
- 作者机构：
  
  1.山东大学电气工程学院，山东省济南市 250061
  2.中国电力科学研究院有限公司，北京市 102206
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China(2023YFB2407500)
- DOI：10.7500/AEPS20250707004
  CLC：
- Received：07 July 2025，
  
  Revised：2026-02-11，
  
  Online First：24 July 2026，
  
  Published：10 September 2026
- 稿件说明：
移动端阅览
赵晁岱,孙媛媛,王同勋等.考虑多频耦合影响的电力系统谐波分区评估方法[J].电力系统自动化,2026,50(17):228-239.

ZHAO Chaodai,SUN Yuanyuan,WANG Tongxun,et al.Partitioning Harmonic Evaluation Method for Power System Considering Multi-frequency Coupling Influences[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(17):228-239.
赵晁岱,孙媛媛,王同勋等.考虑多频耦合影响的电力系统谐波分区评估方法[J].电力系统自动化,2026,50(17):228-239. DOI： 10.7500/AEPS20250707004.

ZHAO Chaodai,SUN Yuanyuan,WANG Tongxun,et al.Partitioning Harmonic Evaluation Method for Power System Considering Multi-frequency Coupling Influences[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(17):228-239. DOI： 10.7500/AEPS20250707004.

摘要

随着电力系统中电力电子设备的大规模接入，谐波扰动源增加，导致谐波污染持续加剧，准确评估电网谐波状态对于电能质量治理具有重要的指导意义。然而，随着电力系统规模的扩大，谐波扰动呈现出显著的耦合特征，对全网进行谐波状态估计需要消耗大量计算资源。为提升谐波评估准确度并减少计算资源消耗，提出了一种考虑多频耦合影响的谐波分区评估方法。首先，针对谐波问题的强耦合特征，提出了耦合谐波状态估计方法，用于精细化评估关注区域的谐波状态。其次，提出基于量测分配的可观路径辨识算法，用于寻找包含指定关注节点的所有可观路径。最后，结合可观路径选定关注区域，进一步提出针对非关注区域的耦合谐波贡献评估方法，明确非关注区域对关注节点的跨频次谐波贡献，构建兼顾计算效率与评估完整性的电力系统谐波全局评估方案。在改进的IEEE 33节点系统算例中进行的仿真验证结果表明，与传统算法相比，所提方法能有效提升谐波状态估计的计算精度与效率，同时可精确解耦非关注区域对关注节点的跨频次谐波贡献。

Abstract

With the large-scale integration of power electronic devices into power systems

the increase in harmonic disturbance sources has led to continuously escalating harmonic pollution. Accurately evaluating the harmonic state of the power grid is of great guiding significance for power quality management. However

as the scale of power systems expands

harmonic disturbances exhibit pronounced coupling characteristics. The harmonic state estimation for the entire grid requires substantial computational resources. To enhance the accuracy of harmonic evaluation while reducing computational resource consumption

this paper proposes a partitioning harmonic evaluation method considering multi-frequency coupling influences. Firstly

in view of the strong coupling characteristics of harmonic

a coupling harmonic state estimation method is proposed for the refined evaluation of the harmonic state in the focus region. Secondly

an observable path identification algorithm based on measurement allocation is proposed to find all observable paths containing a specified focus bus. Finally

by selecting the focus region based on the observable paths

a coupling harmonic contribution evaluation method for non-focus regions is further proposed. This method clarifies the cross-frequency harmonic contribution from non-focus regions to the focus bus

constructing a global harmonic evaluation scheme for power systems that balances computational efficiency and evaluation completeness. Results of simulation verification conducted on a modified IEEE 33-bus system demonstrate that

compared with conventional algorithms

the proposed method effectively enhances the computational accuracy and efficiency of harmonic state estimation. Simultaneously

the proposed method precisely decouples the cross-frequency harmonic contributions from non-focus regions to the focus bus.

关键词

Keywords

references

林超凡，别朝红 . 新型电力系统不确定性静态建模及量化分析方法评述［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 19 ）： 14 - 27 .

Lin Chaofan ， Bie Zhaohong . Review of static modeling and quantitative analysis methods for uncertainties of new power systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 19 ）： 14 - 27 .

陈徵粼，刘灏，毕天姝 . 同步测量数据驱动的配电网扰动源分类方法［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 18 ）： 127 - 135 .

Chen Zhilin ， Liu Hao ， Bi Tianshu . Synchronous measurement data-driven classification method for disturbance sources in distribution networks ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 18 ）： 127 - 135 .

电能质量管理办法（暂行）［J］. 中华人民共和国国务院公报， 2024 （ 8 ）： 9 - 13 ．

Measures for power quality management （provisional）［J］. Gazette of the State Council of the People’s Republic of China ， 2024 （ 8 ）： 9 - 13 ．

张逸，郭俊煜，邵振国 . 考虑谐波严重程度的长时间尺度谐波责任划分方法［J］. 电力自动化设备， 2024 ， 44 （ 1 ）： 126 - 133 .

Zhang Yi ， Guo Junyu ， Shao Zhenguo . Long-time scale harmonic responsibility division method considering harmonic severity ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2024 ， 44 （ 1 ）： 126 - 133 .

Wang Y ， Ma H X ， Xiao X Y ， et al . Harmonic state estimation for distribution networks based on multi-measurement data ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2023 ， 38 （ 4 ）： 2311 - 2325 .

牛胜锁，梁志瑞，张建华，等 . 基于广义岭估计的电力系统谐波状态估计［J］. 电力自动化设备， 2012 ， 32 （ 7 ）： 94 - 98 .

Niu Shengsuo ， Liang Zhirui ， Zhang Jianhua ， et al . Power system harmonic state estimation based on generalized ridge estimation ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2012 ， 32 （ 7 ）： 94 - 98 .

欧朱建，程新功，宗西举，等 . 电网谐波状态估计中的可观性分析［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 6 ）： 53 - 59 .

Ou Zhujian ， Cheng Xingong ， Zong Xiju ， et al . Observability analysis of power grid harmonic state estimation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 6 ）： 53 - 59 .

Yu K K C ， Watson N R ， Arrillaga J . An adaptive Kalman filter for dynamic harmonic state estimation and harmonic injection tracking ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2005 ， 20 （ 2 ）： 1577 - 1584 .

Hu J X ， Hu W H ， Cao D ， et al . Robust multiarea distribution system state estimation based on structure-informed graphic network and multitask Gaussian process ［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics ， 2024 ， 20 （ 8 ）： 10599 - 10612 .

Sun Y Y ， Li S R ， Xu Q S ， et al . Harmonic contribution evaluation based on the distribution-level PMUs ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2021 ， 36 （ 2 ）： 909 - 919 .

孙媛媛，许庆燊，马钊，等 . 数字化背景下新型电力系统谐波溯源关键技术［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 6 ）： 154 - 169 .

Sun Yuanyuan ， Xu Qingshen ， Ma Zhao ， et al . Key technologies for harmonic source tracing in new power system in background of digitalization ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 6 ）： 154 - 169 .

王俊雄，臧天磊，符玲，等 . 一种适应风机接入的配电网谐波责任划分方法［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 11 ）： 4377 - 4386 .

Wang Junxiong ， Zang Tianlei ， Fu Ling ， et al . Harmonic responsibility determination method for distribution network with wind turbines integration ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 11 ）： 4377 - 4386 .

林顺富，颜昕昱，戴烨敏，等 . 基于子空间动态系数回归的系统谐波阻抗估计方法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 12 ）： 146 - 153 .

Lin Shunfu ， Yan Xinyu ， Dai Yemin ， et al . Estimation method of system harmonic impedance based on sub-space dynamic coefficient regression ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 12 ）： 146 - 153 .

麦晓庆，张燕，张天湖，等 . 考虑系统运行方式变化的多谐波源责任划分［J］. 供用电， 2023 ， 40 （ 5 ）： 34 - 43 .

Mai Xiaoqing ， Zhang Yan ， Zhang Tianhu ， et al . Responsibility division of multiple harmonic sources considering the change of system operation mode ［J］. Distribution & Utilization ， 2023 ， 40 （ 5 ）： 34 - 43 .

李亚辉，孙媛媛，王庆岩，等 . 基于源荷谐波耦合模型的数据驱动概率谐波潮流计算［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 11 ）： 4323 - 4335 .

Li Yahui ， Sun Yuanyuan ， Wang Qingyan ， et al . Data-driven probabilistic harmonic power flow calculation based on source and load harmonic coupling model ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 11 ）： 4323 - 4335 .

张磊，孙媛媛，李亚辉，等 . 基于实测数据的直驱风电机组谐波特性分析及建模方法［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 3 ）： 82 - 92 .

Zhang Lei ， Sun Yuanyuan ， Li Yahui ， et al . Measurement data based analysis and modeling method for harmonic characteristics of direct-drive wind turbine ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 3 ）： 82 - 92 .

陈吉 . 混合量测环境下智能电网的动态状态估计［D］. 武汉：华中科技大学， 2020 .

Chen Ji . Dynamic state estimation for smart grid with hybrid measurements ［D］. Wuhan ： Huazhong University of Science and Technology ， 2020 .

陈艺煌，邵振国，林俊杰，等 . 融合多源量测数据的区间型抗差谐波状态估计［J］. 电工技术学报， 2024 ， 39 （ 23 ）： 7394 - 7405 .

Chen Yihuang ， Shao Zhenguo ， Lin Junjie ， et al . Interval harmonic robust state estimation method based on multi-source measurement data fusion ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2024 ， 39 （ 23 ）： 7394 - 7405 .

朱茂林，刘灏，毕天姝 . 基于可观性分析和多步预报CKF的双馈风机动态状态估计［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 3 ）： 49 - 58 .

Zhu Maolin ， Liu Hao ， Bi Tianshu . Dynamic state estimation of doubly-fed wind turbine based on observability analysis and multi-step prediction cubature Kalman filter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 3 ）： 49 - 58 .

韩平平，张楠，潘薇，等 . 配电网状态估计可观性研究综述［J］. 电力系统及其自动化学报， 2022 ， 34 （ 4 ）： 11 - 21 .

Han Pingping ， Zhang Nan ， Pan Wei ， et al . Review of research on observability of distribution network state estimation ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2022 ， 34 （ 4 ）： 11 - 21 .

孙媛媛，葛俊，许庆燊，等 . 计及多频耦合影响的谐波解耦贡献评估［J］. 中国电机工程学报， 2025 ， 45 （ 21 ）： 8268 - 8280 .

Sun Yuanyuan ， Ge Jun ， Xu Qingshen ， et al . Decoupling harmonic contribution evaluation considering multi-frequency coupling effects ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2025 ， 45 （ 21 ）： 8268 - 8280 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Wideband Harmonic Coordinated Suppression Strategy for Grid-forming Converters Based on Impedance Vector Reshaping

Multi-timescale State Estimation for Distribution Network Considering Dynamics of Photovoltaic Inverters

Negative-sequence Voltage Suppression Strategy of Grid-forming Converter Based on Wide-range Negative-sequence Impedance Reshaping

Mitigation Strategy for DC-side Voltage Sag of Photovoltaic Inverters in Large-scale Photovoltaic Power Transmission System

Adaptive Control Strategy for Grid-following Converter Considering DC Synchronization Characteristics in Weak Grid

Related Author

ZHAO Tong

WU Chao

WANG Yong

REN Lei

HUANG Manyun

WANG Qihao

TANG Yun

SUN Kang

Related Institution

School of Electrical Engineering, Shanghai Jiaotong University

Hunan Xiangdian Test & Research Institute Co., Ltd.

School of Electrical and Power Engineering, Hohai University

Department of Electrical Engineering, Tsinghua University

School of Electronic Information and Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University

⁰