畢業(yè)設計外文翻譯中文-配電網中諧波源定位和諧波電流分離研究

1、<p><b>　　中文3845字</b></p><p>　　配電網中諧波源定位和諧波電流分離研究</p><p>　　趙勇a,b，李建華a，夏道止a</p><p>　　a西安交通大學電氣工程系，陜西，西安，710049</p><p>　　b福建省電力調度和通信中心，福建，福州，350003</p&

2、gt;<p>　　摘要：為了有效地減少諧波失真，必須確定各種諧波源的位置，在公共連接點處，其電流必須同傳統(tǒng)線性負載所吸收的電路相分離。本文基于線性和非線性負荷的V–I特征和一種新的簡化諧波源模型，提出了一種諧波源識別及諧波電流分離的新原則。此方法不僅可以確定諧波源的位置，而且可以對諧波源和線性負載對諧波電壓畸變的貢獻加以區(qū)分，給出基于最小二乘逼近的詳細的過程。最后，一個復合負載的仿真結果說明了此方法的有效性。</p&

3、gt;<p>　　關鍵字：配電網系統(tǒng)，諧波源定位，諧波電流分離，最小二乘估計</p><p><b>　　1.引言：</b></p><p>　　在配電網系統(tǒng)中，由于非線性負荷的不斷增加，諧波失真也越來越嚴重。許多研究表明，諧波可能會導致嚴重影響電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和各種儀器[1-3]。配電網中的每個節(jié)點的諧波電壓不僅是由諧波源（非線性負載）產生的諧波電流

4、，還有線性負載（諧波電流下沉）以及結構和網絡的參數(shù)有關。為了有效地評估并削弱諧波失真在電力系統(tǒng)中的危害，必須確定諧波源的位置和用戶所造成的失真責任劃分。</p><p>　　對于諧波源辨別，無功功率的出現(xiàn)被視為諧波源存在的基本證據[4-7]。對個別用戶的諧波發(fā)射水平進行估計的方法也可以在文獻中找到。文獻[8]提出了基于功率因數(shù)測量的方案來懲罰客戶的諧波電流。然而，如果我們在不能正確區(qū)分諧波電流來自非線性負載或線性

5、負載的情況下，對用戶進行經濟處罰，就會產生不公平。</p><p>　　事實上，線性和非線性負荷的本質區(qū)別在于他們的V–I特征。線性負載的諧波電流與諧波電壓同相位，而非線性負載的諧波電流是基波和各次諧波電壓共同作用的結果。在電力網中，為了準確地識別和隔離連接到同一節(jié)點的諧波源客戶，應該測量相關節(jié)點的V–I特性，并在多種不同的供電條件下測量電壓和電流。</p><p>　　現(xiàn)有的基于測量電壓

6、和電流頻譜或瞬時諧波功率的方法不能反映V–I特性，不能提準確的確定諧波源和諧波發(fā)射水平，理論分析和實驗研究也驗證了這一點[9，10]。</p><p>　　為了估計非線性特性，推動諧波源識別和諧波電流分離研究的發(fā)展，本文提出了一種新的簡化的諧波源模型，然后基于線性和非線性負荷不同的V–I特征，利用此諧波源模型，提出了一個新的諧波源識別及諧波電流分離的方法。該方法可以確定諧波源的位置、分離出諧波源和線性負載，并詳細

7、介紹了基于最小二乘逼近的諧波源識別及諧波電流分離過程。最后，含線性和非線性負載的綜合負載仿真結果驗證了此方法的有效性。</p><p>　　2、諧波源識別與諧波電流分離方法</p><p>　　在配電網中，用一個綜合負載代替系統(tǒng)中的一條支路，此支路可以是一個用戶，也可以包含多個用戶。為了在測量諧波電流時辨別出系統(tǒng)是否含有諧波源，從傳統(tǒng)的線性負載流過的電流中分離出諧波電流，做出如下假設：&l

8、t;/p><p>　　(a) 電源電壓和負載電流周期都為T；這樣，他們可以表示為傅里葉級數(shù)：</p><p><b>　　(1)</b></p><p>　　基波頻率和諧波分量進一步可以提出相應相位</p><p><b>　　, (2)</b></p><p>　　(b) 綜

9、合負荷為固定的，即它的組成和電路參數(shù)保持不變。</p><p>　　在上述假設條件下，諧波源的諧波電流（由下標N表示）和電源電壓之間的關系，即V–I特征可以用下面的非線性方程來描述。</p><p><b>　　(3)</b></p><p>　　也可以用相位來代替：</p><p><b>　　(4)<

10、/b></p><p>　　為簡單起見，式（4）中電壓的的初始時間（參考時間）已被正確選定變?yōu)?，，。</p><p>　　綜合負載的線性部分的V–I特征（由下標L表示）可由其等效諧振導納代替，，線性部分吸收的總的諧波電流可以描述為：</p><p><b>　　(5)</b></p><p>　　由式(4)和式(

11、5)可得，綜合負載所吸收的總的諧波電流為：</p><p><b>　　(6)</b></p><p>　　因為諧波源的V–I特征是非線性的，式(6)不能直接用于諧波源識別和諧波電流分離。為了實踐的需要，提出了簡化的模型。諧波研究中常見的做法是用諧波電流源或等效諾頓來代替非線性負載[11，12]。然而，這些模型都不夠精確，急需提出一種新的簡化模型。</p>

12、<p>　　從工程角度來看，和的變化通常占母線額定電壓的，而V1的變化通常要低于。電源電壓在這樣的變化范圍內，本文使用以下的簡化線性關系來近似估計諧波源的特點。</p><p><b>　　(7)</b></p><p>　　本文第4節(jié)中，幾個典型的諧波源的仿真結果驗證了此簡化模型的準確性和優(yōu)越性。</p><p>　　式(6)中

13、總的諧波電流為：</p><p><b>　　(8)</b></p><p>　　從上述方程可以看出，諧波源（非線性負荷)和線性負荷的諧波電流的不同本質上在于他們的V–I特征。線性負載的諧波電流成分由與電源諧波電壓同次的諧波分量決定。另一方面，非線性負荷的諧波電流分量不僅與同次的諧波電流分量有關，而且與直流分量、基波和各次諧波分量有關，此屬性將用于確定諧波源的存在。&

14、lt;/p><p>　　第4節(jié)中所示的測試結果表明在非線性負載的諧波電流中，與基波頻率相關的元件和常數(shù)項的總和決定著其他元件是否可以忽略不計，下式可以逼近式(7)。</p><p>　　綜合負荷總的諧波電流變?yōu)椋?lt;/p><p><b>　　(9)</b></p><p>　　忽略非線性負載諧波電流中的，而將其添加到線性負載

15、的諧波電流中，這樣，就可以認為是非線性負載的諧波電流，是線性負載的諧波電流。=0 意味著綜合負載不包含諧波源，則意味著可能存在諧波源。被忽略的并不是主要成分，顯然這種簡化處理不會造成諧波電流計算的重大錯誤。而，它使得諧波源識別和電流分離成為可能。</p><p><b>　　3. 定位流程</b></p><p>　　為了判定綜合負荷中是否含有諧波源，式(9)中的參數(shù)

16、應設置如下：</p><p>　　為了保持綜合負荷恒定，應對不同的電源電壓和相應的諧波電流進行多次測量。并聯(lián)電容器的投切、斷開并聯(lián)變壓器、改變變壓器抽頭都可能導致電源電壓的改變，這時，就可以根據測得的電壓電流值，用最小二乘法來估計系統(tǒng)參數(shù)。定位流程如下。</p><p>　　(1) 測量得到m （）次的基波電壓和電流幅值及其相位,,.</p><p>　　(2) 對

17、于，把其相位變換為0基本電壓相角，使其為正交元件。</p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　(3) 令</b></p><p><b>　　,</b></p><p>　　使和最小化，依據文獻[13]，用最小二乘法得出參數(shù)和。</p>

18、<p><b>　　(10)</b></p><p>　　(4) 用式(9)計算，代入和得出，此時，可辨別出諧波源并分離諧波電流。</p><p>　　可以看到，在模型構建的過程中，需要諧波源識別及諧波電流分離、電力系統(tǒng)運行方式的改變和諧波電壓電流的測量。這就需要更為準確的模型。</p><p>　　為了平衡切換所需時間和結果準確性之

19、間的關系，可只考慮式(7)中的主導分量，提出了一個簡化模型：通過式(7)求得非線性負荷的模型，式(9)得綜合負荷的模型。</p><p><b>　　(11)</b></p><p><b>　　(12)</b></p><p>　　這種情況下，上文的部分方程可改寫為如下形式：</p><p>　　

20、類似地，和也可以分別被認為是非線性和線性負載所產生的諧波電流。</p><p><b>　　4. 仿真實驗</b></p><p><b>　　4.1.模型建立</b></p><p>　　為了驗證本文提出的諧波源模型的有效性，在恒定運行方式下，對以下三種典型非線性荷載進行仿真：三相6脈沖整流電路、單相電容濾波型整流電路和

21、電弧爐。</p><p>　　三相六脈沖整流器和單相電容濾波型整流分別如圖1和2[14,15]，電弧爐的V–I特征簡化圖如如圖3中所示[16]。</p><p>　　仿真實驗中用的諧波電流都是通過他們的數(shù)學模型計算得到的。假定電源電壓參考值10kV，功率參考值1 MV，服從0.95—1.05之間的均勻分布，和服從-0.03—0.03之間的均勻分布，服從0.95-1.05之間的均勻分布。&l

22、t;/p><p>　　圖1. 三相六脈沖整流器</p><p>　　圖 2. 單相電容濾波型整流</p><p>　　圖3. 電弧爐的V–I特征</p><p>　　用最小二乘估計，對三個不同的模型：諧波電流源(恒定電流)模型，諾頓模型和簡化模型進行了仿真、比較。</p><p>　　三相六脈沖整流器的基波電流= 1.76

23、21；在表1中列出了五次和七次諧波電流的簡化模型中的參數(shù)。</p><p>　　表1 三相六脈沖整流器的簡化模型部分參數(shù)</p><p>　　表2 三相六脈沖整流器誤差比較</p><p>　　要比較的三個不同的模型的準確性，需要計算各個模型中、和的估計值與實際值誤差的平均值和標準差。三個模型的誤差比較如表2所示。表中，、和為平均值，、和為標準差，和為標準正弦電壓產

24、生的電流。</p><p>　　單相電容濾波型整流電路和電弧爐計算誤差比較如表3和4所示。</p><p>　　從上面的仿真結果可以看出，本文提出的模型可準確的表示不同的非線性負荷。由于諧波次數(shù)的增加，對于一個確定的負荷，其準確性會降低，然而，此模型仍要優(yōu)于其他兩種模型。</p><p>　　從表1得，和分別在-0.074+0.3939=0.386和0.0263+0

25、.0623=0.0886之間變化，和不超過0.2676*0.03=0.008和0.9675*0.003=0.029。</p><p>　　結果顯示，由直流分量和基波電壓之和引起的五次諧波電流是同次諧波電壓引起的電流的10倍。此諧波電流在三相六脈沖整流器中占主導地位。同樣的情況存在其他諧波源模型和非線性負荷中。</p><p>　　表3單相電容濾波型整流電路誤差比較</p>&

26、lt;p>　　4.2 諧波源識別和電流分離的有效性</p><p>　　為了驗證本文提出的諧波源辨識模型的有效性，對含有線性負載（30%）、三相六脈沖整流器的非線性負荷（30%）、單相電容濾波型整流電路 (20%) 和電弧爐（20%）組成的綜合負荷進行仿真。</p><p>　　為簡單起見，只列出三次線性和非線性負荷的諧波電流，如表5所示。其中為純正弦電源電壓對應的三次諧波電流，、和

27、為估計值與實際值之間的誤差平均值，、和為誤差標準差</p><p>　　表4 電弧爐誤差比較</p><p>　　從表5可以看出，線性負載的電流誤差要小于非線性負荷，這是因為非線性負載電流誤差與模型誤差、所忽略的與諧波電壓同次的元件有關，其只有后面的組件與線性負載電流引入的誤差。此外，引入較少的誤差可以得到更精確的綜合負荷模型。但是，即使使用非常簡單的模型(12)，仍可以正確識別諧波源、有

28、效的分離出線性和非線性負荷的諧波電流。</p><p><b>　　表5 綜合負荷結果</b></p><p><b>　　5. 結論</b></p><p>　　本文從工程的角度，首先提出了一種新的簡化的諧波源模型，然后基于線性和非線性負荷不同的V–I特征，利用此諧波源模型，提出了一個新的諧波源識別及諧波電流分離的方法。

29、詳細介紹了建模方法和基于最小二乘估計的諧波源辨別流程。三種典型的諧波源模型的仿真結果驗證了此方法的準確性，效果優(yōu)于其它現(xiàn)有的模型。最后，綜合非線性負荷的仿真也驗證了此方法的有效性。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　感謝中國國家自然科學基金會對這一項目的支持，項目編號：No.59737140</p><p><

30、b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]IEEE電力系統(tǒng)諧波工作組，對電力系統(tǒng)設備和負荷的電力系統(tǒng)諧波影響，IEEE電力儀器系統(tǒng)會刊，1985 ;9:2555–63.</p><p>　　[2]IEEE電力系統(tǒng)諧波工作組，對通信電源線諧波影響線干擾，IEEE電力儀器系統(tǒng)會刊，1985;104(9):2578–87.</p><p>

31、　　[3]IIEEE諧波影響工作組，諧波對電力設備的影響，IEEE電力儀器系統(tǒng)會刊，1993;8(2):681–8.</p><p>　　[4]Heydt GT. 基于諧波狀態(tài)估計的諧波源辨識，IEEE電力儀器系統(tǒng)會刊，1989;4(1):569–75.</p><p>　　[5]Ferach JE, Grady WM, Arapostathis A. 一種放置互感器和諧波源定位的最