有功功率谐波源定位的仿真分析

有功功率谐波源定位的仿真分析

3.1 有功功率方向法

3.1.1 有功功率方向法介绍

在含有谐波源的电力系统中，谐波功率流向如图所示：

图3.1 谐波功率流向图

从图中可以看出，发电机发出基波有功，经过非线性负荷后，一部分基波有功转化为谐波有功，这部分谐波有功在电力系统中返回给了发电机以及其他负荷。由此可见，在公共连接点测量谐波功率，根据谐波功率的方向可以来确定谐波源的位置。简单地，将系统简化为系统侧与用户侧。在单一谐波源的情况下，谐波源检测要求定位出谐波源；在多个谐波源的情况下，需要寻找对PCC 谐波贡献较大的谐波源，即主要谐波源。因此，在公共耦合点通过测量谐波电压与谐波电流，可以确定主要谐波源的位置。

有功功率方向法的基本原理是检测谐波有功的流向，认为产生谐波有功的一方为主要谐波源。比如对k 次谐波，首先规定k P 的方向由系统侧指向用户侧，若0>k P ，则系统侧为主要谐波源；反之，若0

3.1.2 有功功率方向法的数学分析

常用的谐波等效电路如下图所示：

图3.2 戴维宁等效电路

忽略谐波阻抗的电阻，公共连接点处的视在功率如下：

U E

U Z

C Z

C E

~

~

Q j P E X

E E j X E E X

E E j X E E X

j E E j E E X

j E E E I U

S U

C U C U U

C C U U C C U U C U **cos **sin **)

cos **sin *(*)

*sin **cos *(*)

*0(

*0*

*

*+=-+=--=-+=∠-∠∠=*=δδδδδδδ （3-1）

即

X E E P C U δ

sin **=

同时，可以根据在PCC 处测得的谐波电压与谐波电流求得谐波功率：

θθθcos *)cos(*)*Re(kpcc kpcc kipcc kvpcc kpcc kpcc kpcc kpcc kpcc I V I V I V

P =-== （3-2）

由式（3-1）可知，在谐波阻抗接近感性时，谐波有功功率的方向与谐波源之间的相角差由很大关系，而不是仅仅取决于谐波源的大小。而由式（3-2）知，谐波有功还与谐波电压与谐波电流的相位差有关，而谐波电压与谐波电流的相位差不光是由谐波阻抗所决定，因为谐波源也可能会吸收一部分谐波有功。在实际的应用当中，对于配电网正常的功率因数有一定的要求，谐波电压与谐波电流相位差为

90的情况一般不会出现。

从上面的分析可以看出，有功功率方向法简单直观，为大家所普遍接受，但是由于其自身的缺陷，在有些情况下，不能对谐波源做出正确定位。

3.1.3 有功功率方向法模拟仿真

利用matlab 中的simulink 对谐波定位进行仿真，仿真模型采用简单的点对点系统，电压等级及输电功率模拟配电网的相关情况。用户侧的谐波源采用六脉波整流电路。并且三相平衡，故各测量量只取A 相，仿真图如下：

其中SubsystemP与SubsystemQ分别用来计算谐波有功与谐波无功，该子模块如下图：

图3.4 有功测量子模块

首先利用傅里叶变换模块获得相应谐波的幅值与相角，再计算谐波有功和谐波无功。同时根据示波器得到电压与电流波形，在matlab窗口中利用程序绘制波形图并计算谐波功率。

在没有背景谐波的情况下，即只有一个非线性负荷时的电压及电流波形如下图所示：

图3.5 电流波形

图3.6 电压波形通过程序分析得出电压及电流频谱如下：

图3.7 电流频谱

图3.8 电压频谱

k6 次，这与六脉波整流电路相一致，利用simulink 从图中可以看出，谐波主要集中在1

自带的谐波分析工具powergui分析得到如下的分析结果：

通过程序得到：

Order percent U I angle

0 0.00014393 0.36474 0.0081133 0

1 1 5653.4 56.371 0.17026

2 0.0006667

3 2.4799 0.03758

4 0.13791

3 0.0012661 1.4016 0.071373 0.042259

4 0.00062953 0.95072 0.035487 -0.31245

5 0.2215 389.99 12.48

6 -1.5985

6 0.00033581 0.51778 0.01893 4.8267

7 0.084552 210.77 4.7663 -1.5838

8 0.00049796 1.5089 0.028071 -1.2077

9 0.00091852 1.5979 0.051778 -1.4395

10 0.00043215 1.6991 0.024361 -1.1201

11 0.061758 237.58 3.4814 -1.5845

12 0.00018709 0.24207 0.010547 -1.0207

13 0.030385 140.82 1.7128 -1.5738

14 0.00032306 1.3304 0.018211 4.6729

15 0.00049448 1.4521 0.027874 4.2995

16 0.00026368 1.4701 0.014864 4.8116

17 0.020995 124.33 1.1835 4.6888

18 7.2738e-005 0.1981 0.0041003 -1.1771