基于波動(dòng)量法的用戶側(cè)諧波發(fā)射水平評(píng)估方法研究

繆江豫

摘 要：電網(wǎng)中存在多種諧波，這些諧波成非線性。為了能將諧波源準(zhǔn)確定位出來(lái)，本文主要從波動(dòng)量法的基本原理出發(fā)，利用系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)輸出的諧波對(duì)公共連接點(diǎn)造成的影響，準(zhǔn)確辨識(shí)出諧波源的位置，從而對(duì)諧波的發(fā)射水平進(jìn)行合理評(píng)估。通過(guò)仿真分析，驗(yàn)證波動(dòng)量法的有效性。

關(guān)鍵詞：諧波阻抗；諧波發(fā)射水平；波動(dòng)量法；公共連接點(diǎn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）14-0056-03

Assessing the Harmonic Emission Level Based on Fluctuation

Method Methodological Research

MIAO Jiangyu

（Henan Zhonghui Electric Power Engineering Consulting Co.， Ltd，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： There are many kinds of harmonics in the power grid， and these harmonics are nonlinear. In order to locate the harmonic source accurately， this paper， based on the basic principle of the wave method， used the influence of the harmonics output by the system side and the user side to the common connection point， and accurately identified the location of the harmonic source， so that the harmonic emission level was reasonably evaluated. The validity of the volatility method was verified by simulation analysis.

Keywords： harmonic impedance；harmonic emission level；fluctuation method；point of common coupling

1 研究背景

隨著科技的不斷進(jìn)步，越來(lái)越多的電子產(chǎn)品被運(yùn)用到電力網(wǎng)絡(luò)中，而這些電氣設(shè)備大多是非線性的，從而產(chǎn)生大量的諧波傳送到電網(wǎng)中，主要包括一些大型的交流控制器、變壓器和逆變器等非線性負(fù)載。而諧波產(chǎn)生的最根本原因是非線性負(fù)載。在電力網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)負(fù)載起動(dòng)，電流經(jīng)過(guò)這些負(fù)載時(shí)，電流與加載設(shè)備的電壓產(chǎn)生不對(duì)稱(chēng)性，形成非線性的干擾，從而在電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波[1]。

電弧設(shè)備由于工作特性，電弧在70V以上的條件下才會(huì)有弧電流產(chǎn)生，且滅弧電壓略低于起弧電壓，造成弧電流與弧電壓的非線性。此外，弧電流的非對(duì)稱(chēng)性使其波形成為非正弦波，從而在電網(wǎng)中產(chǎn)生多次諧波，對(duì)電網(wǎng)造成非常大的諧波污染。

交流整流設(shè)備在電網(wǎng)中也會(huì)產(chǎn)生較多諧波，設(shè)備中的設(shè)置閥電壓小于額定值時(shí)，產(chǎn)生的電流為零，這主要是因?yàn)楫a(chǎn)生諧波污染。為了補(bǔ)充系統(tǒng)中的電流，為其提供優(yōu)質(zhì)穩(wěn)態(tài)的電源，在整流設(shè)備中加入了濾波電容和濾波電感，從而使閥電壓提高，加激了諧波的產(chǎn)生量。為了使系統(tǒng)中的電壓和電流值成一定的線性關(guān)系，在系統(tǒng)中加入了硅元素，這使得整個(gè)系統(tǒng)的污染更大。

基于上述問(wèn)題，本文提出了一種基于波動(dòng)量法的諧波源阻抗估計(jì)方法，并對(duì)用戶的諧波發(fā)射水平進(jìn)行評(píng)估。該方法能有效地對(duì)諧波源進(jìn)行定位，并對(duì)諧波的治理提供了更好的方案。筆者通過(guò)仿真分析，驗(yàn)證了該方法的有效性。

2 波動(dòng)量法

諧波波動(dòng)量法的基本思想是：在配電系統(tǒng)中，電流的變化會(huì)引起電壓的變化，從而干擾諧波阻抗。系統(tǒng)電壓的變化量在電流變化量的對(duì)比下，可以估計(jì)出阻抗的上升曲線，從而穩(wěn)定系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

為了便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，將電網(wǎng)系統(tǒng)等效為諾頓等效電路[2-4]，等值電路如圖1所示。

[IS][ZS][PCC][VPCC][IPCC][ZC][IC]

圖1 等值電路

圖1中，IS為系統(tǒng)側(cè)等值h次諧波電壓源，IC為用戶側(cè)等值h次諧波電流源，ZS為系統(tǒng)側(cè)等值h次諧波阻抗，ZC為用戶側(cè)等值h次諧波阻抗，PCC（Point of Common Coupling）為公共連接點(diǎn)，VPCC、IPCC為公共連接點(diǎn)的諧波電壓和電流。

通過(guò)對(duì)電路圖進(jìn)行初步計(jì)算，可以得出系統(tǒng)的等效計(jì)算公式：

[Vpcc=Ipcc+IcZc] （1）

[Vpcc=Is-IpccZs] （2）

當(dāng)系統(tǒng)工作一段時(shí)間，系統(tǒng)中的諧波電流會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，其提升量為[ΔIs]，從而可以估算出系統(tǒng)的額諧波電壓的變化量[ΔVpcc-s]，則式（1）變?yōu)椋?/p>

[Vpcc+ΔVpcc-s=Ipcc+ΔIpcc-sZc+IcZc] （3）

式（3）減去（1）得：

[Zc=ΔVpcc-sΔIpcc-s] （4）

通過(guò)相同的計(jì)算方式，可以估算出用戶側(cè)電壓的變化量[ΔVpcc-s]，則式（2）變?yōu)椋?/p>

[Vpcc+ΔVpcc-c=IsZs-Ipcc+ΔIpcc-cZs] （5）

式（5）減去（2）得：

[Zs=ΔVpcc-cΔIpcc-c] （6）

由上述幾個(gè)公式得出額參數(shù)量，再根據(jù)[Zc]和[Zs]的特性可知，復(fù)阻抗的實(shí)部是大于零的，也就是[ReZk>0]，[ReZs>0]。定義如下等式：

[Zk=ΔVpccΔIpcc] （7）

當(dāng)[ReZk>0]，[Ic]會(huì)發(fā)生變化，則[Zs]的估計(jì)值就是[Zk]；當(dāng)[ReZk<0]，[Is]會(huì)發(fā)生變化，則[Zc]的估計(jì)值為[Zk]。

為了減少估計(jì)值[Zc]和[Zs]的誤差，可以對(duì)多個(gè)[Zc]和[Zs]值進(jìn)行取均值。諧波的發(fā)射水平可以估計(jì)出來(lái)。

[ΔVc=VpccZc-IpccZsZcZs+Zc] （8）

波動(dòng)量法的理論原理比較簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了對(duì)協(xié)同諧波源定位的模型，利用此方法可以較為簡(jiǎn)單地對(duì)諧波源的發(fā)射水平進(jìn)行估計(jì)[5-9]。

3 仿真分析

根據(jù)圖2搭建MATLAB/Simulink仿真模型，基波頻率為50Hz。在公共連接點(diǎn)取一定數(shù)量的諧波電壓和諧波電流數(shù)據(jù)，然后利用波動(dòng)量法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到系統(tǒng)中的諧波發(fā)射水平。

[Vpcc（V）][250

200

150

100

50][Vpcc（A）][0][8

6

4

2][500][1 000][1 500][諧波電流][諧波電壓][1 500][1 000][500][0]

圖2 三次諧波數(shù)據(jù)波形

系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗ZS和等值諧波電壓源VS如圖3、圖4所示。