当今,世界居民家庭年用电量已超过8.2万亿千瓦时,约占全社会总用电量的30%。据统计2019年我国城镇居民生活用电量已达到1.025万亿千瓦时,居民用电总量目前占总用电量的14.2%。但随着社会经济的发展与居民生活水平的提高,居民用电总量必将逐年提升。与此同时,随着电力电子技术的飞速发展,电力电子装置广泛应用于居民家用电器中,使得非线性家用电器成为一类新兴的谐波源。然而,由于大部分家用电器容量较小,且家电制造业对家用电器尚缺乏统一的谐波发射限制标准,大部分家用电器并未安装谐波滤除装置,其产生的谐波电流直接注入电网中。通过实际测量数据发现,含电力电子装置类的家用电器负荷,其所产生的电流畸变非常严重,大多数此类家用负荷的电流总谐波畸变率(Total Harmonic Current Distortion,ITHD)会超过100%。虽然单个家用电器的功率较小,注入电网的谐波电流微不足道,但是对于一个低压居民配电网来说,其所具有的非线性家用电器负荷具有如下特点:数量多、分布广、ITHD高、随机性强,导致居民配电网中谐波电流含量高且其谐波电流是随机波动的,由此在低压居民配电网中所产生的谐波电流是不容忽视的。若该谐波电流得不到合理、有效的控制,则将流入更高一等级的电力系统并引发一系列相关的电能质量问题,对电力系统的安全稳定运行产生诸多不良影响。基于此,本文以居民谐波源负荷的谐波特性为研究内容,重点研究单个居民谐波源负荷与集合性居民负荷的谐波特性,并建立居民负荷的通用谐波模型,进而开发能分析不平衡居民配电网中的概率谐波潮流算法,为防止和抑制电力系统中的谐波污染提供谐波评估的理论基础。本文的具体研究内容如下:(1)针对单相不控整流桥类家用负荷,提出一种基于Z变换的参数估测方法估测单相不控整流桥类家用负荷的电路参数并建立其详细的频域谐波耦合模型。考虑到一些单相不控整流桥类家用负荷在实际运行中,其电路参数是动态变化的,提出一种动态获取策略,能快速准确地估测其动态变化过程中的电路参数。最后,基于多种典型单相不控整流桥类家用负荷的实测数据,对所提出的谐波模型、参数估测方法与动态电路参数更新策略的有效性进行验证。(2)针对非线性家用设备负荷,基于实测电压和电流数据建立了动态自适应谐波耦合矩阵模型。为应对参数求解过程中模型参数估测不准确的问题,提出利用广义线性复偏最小二乘的方法对谐波耦合矩阵模型参数进行估计。为增大模型的电压适应范围,提出了模型参数调整因子,使得模型可随电压的变化而动态地自适应调整;并提出利用分层K-均值聚类的方法判断出多状态电器的运行状态,然后基于分类后的电压和电流数据,对多状态负荷的不同状态分别建立谐波模型。最后,基于实验与仿真验证了所提谐波模型的有效性。(3)针对集合性居民负荷,提出了一种基于实测数据的分段概率统一主元谐波耦合矩阵模型。该模型能体现各次谐波电压和电流之间的耦合关系,能用于分析集合性居民负荷的谐波耦合特性。由于集合性居民负荷的谐波模型参数是随机变化的,提出了多高斯曲线拟合方法拟合模型参数的概率密度函数,并利用牛顿-拉夫逊方法获取更多不同场景下的概率模型参数。同时为了表征谐波的时变和概率特性,提出了集合性居民负荷的分段概率谐波模型。根据实际测量结果验证了所提模型的准确性,并将所提的统一主元谐波模型应用于中压居民配电系统的电压谐波畸变评估。(4)提出了一种基于场理论的不平衡居民配电系统的概率谐波潮流计算方法。在不平衡配电系统中,提出了采用图论结合电流注入法求解系统的确定性基波潮流,在谐波潮流计算中将所提出的统一主元谐波耦合矩阵模型用于谐波源负荷的建模,能体现非线性负荷各次谐波之间的耦合,建立了解耦的谐波潮流计算式。针对概率谐波潮流,提出采用场理论的概率密度估计方法估计经少量蒙特卡洛仿真后的谐波潮流的概率密度函数。在IEEE-13和IEEE-123不平衡节点系统中验证了所提出的概率谐波潮流算法的有效性。