[科普中国]-基于等效电路模型的谐波源定位

谐波源定位的意义

随着电网中非线性负荷的不断增多, 电力系统中的谐波污染问题变得日益严重, 给电网的经济运行及用户的安全用电造成了极大的影响。为了及时解决电网中谐波治理课题, 达到准确分清谐波责任, 简单有效的治理目的, 必须先明确电力系统中的谐波分布或谐波状态。

分析谐波状态, 首先要了解谐波源的位置。如果谐波源的位置已知, 那么电网中的谐波分布就成为谐波的传播与扩散问题, 也就是谐波潮流问题。但随着电网规模的增大,实际系统中谐波源的位置存在不确定性, 仍然用潮流方法来分析谐波的扩散与渗透, 就会失去分析的主体。所以, 在谐波源的位置未知的情况下, 要对谐波影响进行分析, 就需要对谐波源进行定位。1

基于等效电路模型的定位法系统的Norton(诺顿)等效电路模型如图1所示:

通过等效变换得到的Thevenin(戴维南)等效电路模型如图2所示：

图中所示的PCC 点是公共电气耦合点。根据不同的定位依据, 又可以分为功率定位法, 阻抗定位法, 灵敏度定位法。2

功率定位法功率定位法又可分为有功功率定位法和无功功率定位法。

有功功率定位法：

有功功率定位法是工程上最常用的定位方法。其主要思想是:在PCC 点处测量各次谐波的电压和电流, 然后根据公式:

Pcc=Re(Vpcc* Ipcc)=Vpcc *Ipcc *cos (θvpcc -θipcc)

来判定谐波源的位置。如图1中所示, 功率的正方向是从用户侧到供电侧, 若P pcc >0 , 那么用户侧就是主谐波源;Ppcc (Xu +Xc) 2 , 那么供电侧是主谐波源;反之, 用户侧是主谐波源。

从上面的方程可以看出, 该法涉及到系统阻抗的测量, 由于实际电力系统的负荷波动比较大, 所以该法在实际中的应用受到一定的限制。5

灵敏度定位法近年来, 又有基于等效模型的谐波源定位新方法出现, 文献就提出了一种灵敏度定位的方法。文中推导出电压比率 θ= =(Z+Zc)/(Z+Zu), Z=Z* =Vpcc /Ipcc，然后定义灵敏度Sx=∆θ/θ*∆X/X, 这里的变量X 分别取Z , Zc , Zu , α, αc , αu , 也就是求出SZ 、SZc 、SZu 、Sα 、Sαc 、Sαu , 画出灵敏度指数图。其中αc ,αu 分别是用户侧和供电侧的阻抗角。

根据灵敏度指数图, 如果灵敏度指数 ∣SZc ∣,∣Sαc∣在θ>1 时的值比∣ SZc ∣,∣ Sαc∣在θ