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        單相非線性負(fù)載的諧波簡(jiǎn)化模型及等值電路

        2019-10-21 21:38:34陸家明雍靜
        科技風(fēng) 2019年23期

        陸家明 雍靜

        摘 要:諧波模型是研究非線性負(fù)載諧波特性的基礎(chǔ),其中諧波耦合導(dǎo)納矩陣模型因其計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確而被廣泛采用,但其表達(dá)形式較為復(fù)雜。在深入分析諧波耦合導(dǎo)納矩陣模型的基礎(chǔ)上提出了簡(jiǎn)化模型,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該簡(jiǎn)化模型的誤差是可以接受的。對(duì)簡(jiǎn)化模型經(jīng)過(guò)變換后得到諾頓形式的諧波等值電路,應(yīng)用該等值電路可更加直觀反映諧波電壓電流的交互作用。

        關(guān)鍵詞:非線性負(fù)載;諧波耦合導(dǎo)納矩陣模型;諧波等值電路

        以單相橋式整流電路為前端的負(fù)載是目前低壓系統(tǒng)中主要的非線性負(fù)載形式。該類(lèi)負(fù)載功率小、數(shù)量大、諧波含量豐富且廣泛分布于低壓配電系統(tǒng)中。[1]該類(lèi)負(fù)載作為諧波源可能影響配電系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。[2]為了能夠更好的對(duì)系統(tǒng)中的諧波問(wèn)題進(jìn)行研究、分析從而進(jìn)行治理,需要更為且簡(jiǎn)便的諧波模型來(lái)表征非線性負(fù)載的諧波特性。

        本文以單相橋式整流型負(fù)載的耦合導(dǎo)納矩陣模型[3]為研究對(duì)象,對(duì)比分析關(guān)鍵導(dǎo)納元素,提出在單次諧波電壓作用時(shí),可將模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,并給出簡(jiǎn)化的諧波等值電路。其呈現(xiàn)出的諾頓等效形式有利于在諧波潮流和諧波責(zé)任劃分中的應(yīng)用。

        1 諧波耦合導(dǎo)納矩陣諧波模型

        低壓配電系統(tǒng)中多數(shù)小功率負(fù)載均可等效為單相橋式整流濾波電路,因此本文采用文獻(xiàn)[3]中的頻域諧波耦合導(dǎo)納矩陣模型為研究對(duì)象,其可準(zhǔn)確的表達(dá)該類(lèi)負(fù)載的電壓和電流特性。等效電路如圖1所示,其中C為濾波電容,R為負(fù)載等效的模型電阻。

        對(duì)于一個(gè)非線性負(fù)載,在簡(jiǎn)化的電流表達(dá)式基礎(chǔ)上,k次諧波回路可等效成圖4的等值電路,即獨(dú)立諧波電流源并聯(lián)受控諧波電流源的形式。這主要考慮系統(tǒng)中基波電壓分量基本恒定,在導(dǎo)納矩陣變化不大時(shí),基波電壓產(chǎn)生的諧波電流可認(rèn)為恒定。而輸入的諧波電壓主要與Y+k,k交互作用,所產(chǎn)生的諧波電流分量與諧波電壓密切相關(guān),因此等效為受控電流源。進(jìn)一步,將受控電流源等效為諧波阻抗Zk,以阻抗的形式更加直觀反映諧波電壓電流的交互作用,至此完成了模型的簡(jiǎn)化和諧波等值電路的構(gòu)造。這種電流源并聯(lián)阻抗的電路形式實(shí)質(zhì)上是諾頓等效模型,該模型可更好的應(yīng)用于諧波潮流計(jì)算和諧波責(zé)任劃分中。

        3.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

        為驗(yàn)證所提出的簡(jiǎn)化的諧波電流表達(dá)式是否仍能很好的反映實(shí)際電路中諧波電流情況,進(jìn)行簡(jiǎn)化模型計(jì)算值和實(shí)測(cè)電流值的誤差對(duì)比分析。計(jì)算中采用23W CFL典型模型參數(shù):R=2900Ω,C=5.6μF。疊加k次諧波電壓含有率在1%~5%之間以1%步進(jìn)變化,k次諧波電壓相位在0°~360°之間以18°步進(jìn)變化。實(shí)驗(yàn)中測(cè)量單個(gè)23W CFL同樣在上述100組電壓狀態(tài)下的k次諧波電流。以3次諧波電流為例,繪出計(jì)算電流和實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)電流的幅值誤差等位線如圖5所示:

        由圖可知,在單次諧波電壓疊加基波電壓作為輸入時(shí),諧波電壓含有率和諧波電壓相位的變化都不會(huì)對(duì)該簡(jiǎn)化表達(dá)式產(chǎn)生太大的影響,其能很好的反映實(shí)際實(shí)驗(yàn)中負(fù)載的諧波電流情況,誤差值均不超過(guò)10%,經(jīng)計(jì)算諧波電流的相位誤差同樣不超過(guò)10%,由此該簡(jiǎn)化是可行的,由該簡(jiǎn)化表達(dá)式所推導(dǎo)出的諧波等值電路同樣能正確反映實(shí)際電路的諧波情況。

        4 結(jié)論

        本文對(duì)單相橋式整流型負(fù)載的諧波耦合導(dǎo)納模型中關(guān)鍵導(dǎo)納元素進(jìn)行對(duì)比分析,對(duì)于負(fù)導(dǎo)納矩陣中的對(duì)角元素進(jìn)行了忽略,提出了單次諧波作用下的簡(jiǎn)化表達(dá)式,實(shí)驗(yàn)表明該簡(jiǎn)化表達(dá)式仍能反映實(shí)際諧波電流情況。根據(jù)該表達(dá)式將諧波等值回路等效成電流源并聯(lián)阻抗的諾頓模型形式,可更加直觀反映諧波電壓電流的交互作用,且能更方便的在諧波潮流計(jì)算和諧波責(zé)任劃分中應(yīng)用。

        參考文獻(xiàn):

        [1]Wang Y,Yong J,Sun Y,et al.Characteristics of harmonic distortions in residential distribution systems[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2017,32(2):1495-1504.

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        [3]YONG J,CHEN L,NASSIF A B,et al.A frequency-domain harmonic model for compact fluorescent lamps[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2010,25(2):1182-1189.

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