1、 PDF外文：http:/ 1 中文 3845 字 配电网中谐波源定位和谐波电流分离研究 赵勇 a,b，李建华 a，夏道止 a a 西安交通大学电气工程系，陕西，西安， 710049 b 福建省电力调度和通信中心，福建，福州， 350003 摘要： 为了有效地减少谐波失真，必须确定各种谐波源的位置，在公共连接点处，其电流必须同传统线性负载所吸收的电路相分离。本文基于线性和非线性负荷的 V I特征和一种新的简化谐波源模型，提出了一种谐波源识别及谐波电流分离的新原则。此方法不仅可以确定谐波源的位置，而且可以对谐波源和线性负载对谐波电压畸变的贡献加以区分，给出基于
2、 最小二乘逼近的详细的过程。最后，一个复合负载的仿真结果说明了此方法的有效性。 关键字： 配电网系统，谐波源定位，谐波电流分离，最小二乘估计 1.引言： 在配电网系统中，由于非线性负荷的不断增加，谐波失真也越来越严重。许多研究表明，谐波可能会导致严重影响电力系统、通信系统和各种仪器 1-3。配电网中的每个节点的谐波电压不仅是由谐波源（非线性负载）产生的谐波电流，还有线性负载（谐波电流下沉）以及结构和网络的参数有关。为了有效地评估并削弱谐波失真在电力系统中的危害，必须确定谐波源的位置和用户所造成的失真责任划分。 对于谐波源辨别，无功功率的出现被视为
3、谐波源存在的基本证据 4-7。对个别用户的谐波发射水平进行估计的方法也可以在文献中找到。文献 8提出了基于功率因数测量的方案来惩罚客户的谐波电流。然而，如果我们在不能正确区分谐波电流来自非线性负载或线性负载的情况下，对用户进行经济处罚，就会产生不公平。 事实上，线性和非线性负荷的本质区别在于他们的 V I 特征。线性负载的谐波电流与谐波电压同相位，而非线性负载的谐波电流是基波和各次谐波电压共同作用的结果。在电力网中，为了准确地识别和隔离连接到同一节点的谐波源客户，应该测 量相关节点的 V I 特性，并在多种不同的供电条件下测量电压和电流。 现有的基于测量电压和电流频谱或
4、瞬时谐波功率的方法不能反映 V I 特性，不能提准确的确定谐波源和谐波发射水平，理论分析和实验研究也验证了这一点 9， 10。 2 为了估计非线性特性，推动谐波源识别和谐波电流分离研究的发展，本文提出了一种新的简化的谐波源模型，然后基于线性和非线性负荷不同的 V I 特征，利用此谐波源模型，提出了一个新的谐波源识别及谐波电流分离的方法。该方法可以确定谐波源的位置、分离出谐波源和线性负载，并详细介绍了基于最小二乘逼近的谐波源识 别及谐波电流分离过程。最后，含线性和非线性负载的综合负载仿真结果验证了此方法的有效性。 2、谐波源识别与谐波电流分离方法
5、;在配电网中，用一个综合负载代替系统中的一条支路，此支路可以是一个用户，也可以包含多个用户。为了在测量谐波电流时辨别出系统是否含有谐波源，从传统的线性负载流过的电流中分离出谐波电流，做出如下假设： (a) 电源电压和负载电流周期都为 T；这样，他们可以表示为傅里叶级数： 1( ) 2 s i n ( 2 )hhhv t V h t T (1) 1( ) 2 s i n ( 2 )hhhi t I h t T 基波频率和谐波分量进一步可以提出相应相位 h r h i h hh r h i h hV jV VI jI I
6、 , 1, 2,3,.,hn (2) (b) 综合负荷为固定的，即它的组成和电路参数保持不变。 在上述假设条件下，谐波源的谐波电流（由下标 N 表示）和电源电压之间的关系，即 V I 特征可以用下面的非线性方程来描述。 Ni t f v t (3) 也可以用相位来代替： 1 2 21 2 2, , , . . . , , , , , . . . , ,N h r r i n r n iNh N h i r i n r n iI V V V V VII V V V V V 2,3,.,hn (4
7、) 为简单起见，式（ 4） 中电压的的初始时间（参考时间）已被正确选定变为 0， 1 0iV ，11rVV 。 综合负载的线性部分的 V I 特征（由下标 L 表示）可由其等效谐振导纳代替，L h L h L hY G jB，线性部分吸收的总的谐波电流可以描述为： 3 ,L h r L h L h h rLh L h i L h L h h iI G B VII B G V 2,3,.,hn (5) 由式 (4)和式 (5)可得，综合负载所吸收的总的谐波电流为： 1 2 21 2 2, , ,
8、 . . . , , , , , . . . , ,h r L h r N h r r i n r n ih h i L h i N h i r i n r n iI I I V V V V VII I I V V V V V 2,3,.,hn (6) 因为谐波源的 V I 特征是非线性的，式 (6)不能直接用于谐波源识别和谐波电流分离。为了实践的需要，提出了简化的模型。谐波研究中常见的做法是用谐波电流源或等效诺顿来代替非线性负载 11， 12。然而，这些模型都不够精确，急需提出一种新的简化模型。 从工程角度来看， hrV 和 hiV 的变化通常占母线额定电压的 3%
9、 ，而 V1 的变化通常要低于 5% 。电源电压在这样的变化范围内，本文使用以下的简化线性关系来近似估计谐波源的特点。 1 1 2 2 2 21 1 2 3 2 2,h o h h r r h i i h n r n r h n i n iNhh o h h r r h i i h n r n r h n i n ia a V a V a V a V a VIb b V b V b V b V b V 2,3,.,hn (7) 本文第 4节中，几个典型的谐波源的仿真结果验证了此简化模型的准确性和优越性。 式 (6)中总的谐波 电流为： 1 1 2 2 2
10、21 1 2 2 2 2, 2 , 3 , . . . ,L h L h h r h o h h r r h i i h n r n r h n i n ihL h L h h i h o h h r r h i i h n r n r h n i n iG B V a a V a V a V a V a VI h nB G V b b V b V b V b V b V (8) 从上述方程可以看出，谐波源（非线性负荷 )和线性负荷的谐波电流的不同本质上在于他们的 V I 特征。线性负载的谐波电流成分由与电源谐波电压同次的谐波分量决定。另一方面，非线性负荷的谐波电流分量不仅与同次的谐波电流分量有关，而且与直流分量、基波和各次谐波分量有关，此属性将用于确定谐波源的存在。 第 4 节中所示的测试结果表明在非线性负载的谐波电流中，与基波频率相关的元件和常数项的总和决定着其他元件是否可以忽略不计，下式可以逼近式 (7)。 0 1 12'012()()nh h h k r k r h k i k ikkhNh nh h h k r k r h k i k ikkha a V a V a VIb b V b V b V h h r h h i h rNhh h r h h i h ia a VIb b V
