分布式電源接入條件下配電網諧波治理研究

于旭東 劉忠菁

(鄭州市電力高等專科學校河南鄭州450003)

電能是現代工農業發展和人民生活必不可少的能源，由于電力系統中非線性負載的大規模應用，都使電網中產生了大量諧波，諧波會造成我們用電線路的功率損耗，而且電能受到不必要的浪費。分布式電源接入配電網電網，各種以開關方式工作的電力電子裝置的廣泛使用產生了大量諧波，不僅造成電能利用率下降，還嚴重影響了電能質量，從而降低了其它用電設備的安全性和可靠性。

1 諧波治理措施

目前主要的諧波治理裝置主要有無源濾波器PFF(Passive Power Filter，PPF)、有源濾波器 APF（Active Power Filter）、混合型有源濾波器HAPF（Hybrid Active Power Filter）。其中PFF易受電力系統線路變化的影響。與PFF相比，APF實現了實時控制補償，能夠實時對諧波進行補償。APF補償諧波的同時，還可以補償無功，提高功率因數。綜上所述APF具有可控性高和響應速度快的優點，而且分布式電源接入配電網間的諧波頻率固定，為了實現負載變化時精確補償控制，因此本文主要研究有源電力濾波器。

2 基于瞬時無功功率的諧波檢測算法

諧波電流檢測是有源電力濾波器的一個重要環節，APF要實現快速準確和可靠地補償諧波電流，首先就要能夠實時準確地檢測出諧波電流。到目前為止已經出現了很多方法，主要有快速傅立葉變換、基于神經網絡和瞬時無功理論的諧波檢測方法。采用快速傅立葉變換法的延時時間較長，易受電網電壓影響，產生非同步的采樣誤差。采用神經網絡算法，實時性和精度比較差，實現起來復雜。我們采用實時性和檢測精度都很好的瞬時無功功率理論法，介紹由其研究得到的和檢測方法。

2.1 諧波電流檢測方法

可得瞬時有功功率和瞬時無功功率為：

然后p和q經過LPF后就可以得到它們的直流分量p軈和q軈。

把負載諧波源的三相電流ia、ib和ic減去經過p-q算法得到的三相基波電流 iaf、ibf和 icf就可以得到諧波電流 iah、ibh和 ich，最后再由APF產生等幅反向的電流，就可以補償諧波電流。

2.2 諧波電流檢測方法

由上面可得，三相電路瞬時有功電流和無功電流為：

由式(1-3)計算可得和，它們是由直流分量和諧波分量組成，ip和iqLPF濾去所含有的交流分量后，可得，再經過運算就可得到 iαf和 iβf，運算式如式(1-4)：

iαf和 iβf再通過 C23變換得到 iaf、ibf和 icf，負載三相電流 ia、ib和 ic減去 iaf、ibf和 icf就得到所求的三相諧波電流 iah、ibh和 ich。

3 實驗結果分析

由于分布式電源接入配電網中各種以開關方式工作的電力電子裝置不斷增加使用，所以可以將它作為我們的諧波源，在未投入APF之前，分布式電源接入配電網，得到電網側的波形以及頻譜分析如下圖所示：

圖1 未投入APF時分布式電源接入配電網電流波形

圖2 未投入APF時分布式電源接入配電網電流波形頻譜

從圖1可以看出，由于分布式電源接入配電網，由于諧波源的存在，電網電流發生嚴重的畸變，電流頻譜如圖2所示，畸變率為29.64%。

投入APF后電網中的電流波形如圖3所示，此時電網側電流的頻譜分析如圖4所示：

圖3 投入APF時分布式電源接入配電網電流波形

通過圖3可以看出，APF的加入使得電網中的電流波形得到很大的改善，采用上面的方式對電網電流進行頻譜分析，電網電流的畸變率變為2.73%，說明在分布式電源接入配電網中投入APF，電網電流的畸變得到很好的改善。

4 結論

針對分布式電源接入配電網，各種以開關方式的電力電子裝置的廣泛使用，產生了較大諧波，使電網波形發生嚴重的畸變，不僅造成電能利用率下降，還嚴重影響了電能質量，從而降低了其它用電設備的安全性和可靠性，為此本文引入APF來消除諧波，從仿真結果中可以看出，在分布式電源接入配電網中投入APF，能夠很好的改善由此而產生的諧波問題。

[1]王兆安,楊君,劉進軍.諧波抑制和無功功率補償[M].北京:機械工業出版社,2005.

[2]姜齊容,趙東元,陳建業.有源電力濾波器[M].北京:科技出版社,2005.