繆江豫

摘 要：電網(wǎng)中存在多種諧波，這些諧波成非線性。為了能將諧波源準確定位出來，本文主要從波動量法的基本原理出發(fā)，利用系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)輸出的諧波對公共連接點造成的影響，準確辨識出諧波源的位置，從而對諧波的發(fā)射水平進行合理評估。通過仿真分析，驗證波動量法的有效性。

關(guān)鍵詞：諧波阻抗；諧波發(fā)射水平；波動量法；公共連接點

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：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

隨著科技的不斷進步，越來越多的電子產(chǎn)品被運用到電力網(wǎng)絡中，而這些電氣設備大多是非線性的，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載。而諧波產(chǎn)生的最根本原因是非線性負載。在電力網(wǎng)絡中，當負載起動，電流經(jīng)過這些負載時，電流與加載設備的電壓產(chǎn)生不對稱性，形成非線性的干擾，從而在電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波[1]。

電弧設備由于工作特性，電弧在70V以上的條件下才會有弧電流產(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，弧電流的非對稱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，對電網(wǎng)造成非常大的諧波污染。

交流整流設備在電網(wǎng)中也會產(chǎn)生較多諧波，設備中的設置閥電壓小于額定值時，產(chǎn)生的電流為零，這主要是因為產(chǎn)生諧波污染。為了補充系統(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，這使得整個系統(tǒng)的污染更大。

基于上述問題，本文提出了一種基于波動量法的諧波源阻抗估計方法，并對用戶的諧波發(fā)射水平進行評估。該方法能有效地對諧波源進行定位，并對諧波的治理提供了更好的方案。筆者通過仿真分析，驗證了該方法的有效性。

2 波動量法

諧波波動量法的基本思想是：在配電系統(tǒng)中，電流的變化會引起電壓的變化，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比下，可以估計出阻抗的上升曲線，從而穩(wěn)定系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

為了便于對系統(tǒng)進行評估，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，VPCC、IPCC為公共連接點的諧波電壓和電流。

通過對電路圖進行初步計算，可以得出系統(tǒng)的等效計算公式：

[Vpcc=Ipcc+IcZc] （1）

[Vpcc=Is-IpccZs] （2）

當系統(tǒng)工作一段時間，系統(tǒng)中的諧波電流會發(fā)生相應變化，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）

通過相同的計算方式，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）

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

[Zk=ΔVpccΔIpcc] （7）

當[ReZk>0]，[Ic]會發(fā)生變化，則[Zs]的估計值就是[Zk]；當[ReZk<0]，[Is]會發(fā)生變化，則[Zc]的估計值為[Zk]。

為了減少估計值[Zc]和[Zs]的誤差，可以對多個[Zc]和[Zs]值進行取均值。諧波的發(fā)射水平可以估計出來。

[ΔVc=VpccZc-IpccZsZcZs+Zc] （8）

波動量法的理論原理比較簡單，簡化了對協(xié)同諧波源定位的模型，利用此方法可以較為簡單地對諧波源的發(fā)射水平進行估計[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)，然后利用波動量法對數(shù)據(jù)進行計算，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。