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1、一种谐波源辨识的实用方法 黄玲玲1 张 ( 1 武汉大学电气工程学院 哲2陈红坤1 2 上海勘测设计研究院) 摘 要电力市场化运行要求公平合理的谐波监管机制。激励机制下的谐波管理要求对 谐波责任进行合理准确的划分。本文提出了一种新的谐波源辨识方法能准确衡量系统和 用户双方对于公共连接点的谐波污染责任。 关键词谐波管理谐波源识别责任戈1 1 分 1 引言 电网谐波源的辨识是谐波分析和治理的基础，对于谐波潮流计算，谐波治理以及按经济手段惩罚谐 波污染源都有重要的意义。在公共连接接点( P C C ) ，谐波往往是多个谐波源共同作用的结果。正确地判 定各谐波源的位置并区分各自的谐波责任，有助于建立公
2、平有效的谐波奖惩机制E 1 3 。目前实际应用最 广泛的谐波源辨识方法是基于功率潮流的有功功率方向法 2 ，3 ，大量的电能质量管理装置也都是将其 作为主要的判断依据。但是，负荷注入系统的谐波功率受两侧谐波源的相位关系以及配电系统和综合负 荷的谐波阻抗影响较大。在一定的条件下，即使综合负荷中存在谐波源，也有可能从系统中吸收正的谐 波功率。因此，在复杂的配电系统中，将有功功率作为判据进行谐波源的识别难免会造成遗漏和错误 E 4 。本文基于叠加原理提出了采用双方等效谐波电压比来判定谐波责任大小的实用方法。 2原理分析 采用图1 示等效回路模型来表征配电网系统E s ，图1 ( a ) 所示为诺顿等
3、效回路，其中工。和J 。分别表示 系统侧和用户侧的等效谐波电流源。图1 ( b ) 所示为戴维南等效回路，E 。和E 。为等效谐波电压源。 通过叠加原理将公共连接点P C C 处的谐波电流j 。分解为系统和用户双方的谐波责任电流j 。和 j 刚如图2 所示。P C C 处的谐波电流I 。为I 。= I 。+ ( 一J 。) 。j 畔一。、J I p c c - - c 分别为J I 。在I p c c 上投影， 则J 。可以表示为两个标量相加的形式II 眦 = I 。一。+ f 。一。j 。一。、r ，一。能直观地量化双方的谐波责任。 因此，谐波源的辨识问题的关键就转换为如何判断谐波责任电流量
4、j 。一。和I 。一。的相对大小。由数学分 析可知，如果满足，。 ，刚则有J 。一。 ，。一。，即可以通过j 。和J 。来判断J ，一。和J 畔。的相对大小。 系统和用户双方在P C C 处的谐波电压责任量和谐波电流责任量分别为 一 誉鬻瓣瀚瓣；i 2 【o ( a ) 图1 配电网谐波等效回路 V o , = 箍L V 产箍L k 一彘卜彘 ，m如 匹圈田厶 圈2P 0 0 谐波电流分 ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) _ 黏穗滨潺麓嘏煦寥恩煮凌，。麓羹童。囊嚣鬟溅蕤冀。麓囊豢 I o s 一彘卜彘 其中E 。一Z 。I 。，E 。一Z 。I 。 系统侧和用户侧对于P C C 处谐波电流畸
5、变责任判定的指标是f 。和工。如果L 。 J 刚则系统侧是主 要的谐波电流源；反之亦然。这是双方谐波电流责任判定的充要条件。而庙式( 3 ) 和式( 4 ) 可以看出，j 。 和f 。的大小由E 。和E 。决定。如果E 。 E 。则可以得到I s j 刚即判定系统侧为主要的谐波电流源。 由上述原理分析可知，对于谐波电流畸变来说，双方谁是主要的谐波源的判据转换为判断双方等效 谐波电压源E 。和E 。的相对大小。 由式V 。一V 。+ V 。以及式( 1 ) 、式( 2 ) 可得： V p c c 砘帆= 箍撬卜箍眠“) ( 5 ) 由式I 。= I 。+ ( 一j 。) 以及式( 3 ) 、式(
6、 4 ) 可得： p c c - - 瓦应E u + E c ) ( 6 ) 令Z 畔一，则由式( 5 ) 、式( 6 ) 可得： p C C Zcpcc一掣EE 一觜EE 。+ 。+ 。 ”7 将式( 7 ) 整理可得： 参E = 象Z 墨Z ( 8 ) c。c c c 即可将式( 8 ) 作为实用判据来确定系统和用户双方谁是主要的谐波电流源。 令z f 一象呈羞，如果I z rI 1 ，巨1 1 E “ - l 1 ，则E 。 E c ，系统侧是主要的谐波电流源；如果IZ rf 1 ， 即l 参f 1 ，则E E 。，用户侧是主要的谐波电流源。 3 谐波责任识别步骤 通过测量P C C 处
7、谐波电压与谐波电流，并估计系统侧和用户侧各自的等效谐波阻抗Z 。和Z 。等参 数，可以实现主要谐波电流源的辨识问题。具体步骤如下： ( 1 ) 测量公共连接点P C C 处的谐波电压V 。和谐波电流f 。； ( 2 ) 计算P C C 处谐波阻抗Z 。； ( 3 ) 估算系统侧和用户侧各自的等效谐波阻抗Z 。和Z 。； ( 4 ) 计算临界阻抗Z 。，判定双方谐波责任。 定义灵敏度参数S 。： s 。= 等詹 其中X 分别表示Z 。、Z 。等相关参数。 从实际电力系统来看，系统侧阻抗Z 。中占大多数比例的是各种变压器阻抗，其值比较容易得到，变 化和测量误差较小，对于磊的计算误差影响也比较小。而
8、用户侧的负荷变化比较大，难以得到准确的典 型谐波等效阻抗值，只能得到其相应的测量值范围，因此对Z r 的计算误差影响也比较大。对于只能确定 Z 。、Z 。谐波阻抗值范围而不能确定其精确值情况，可以求得相应的Z ，的上限值Z 。和下限值Z 。i 。 z m a 。= 筹笔 ， Z = i o = 象 ， 、2 4 1貉 监测篇 壤器囊纂霉羹爨蘸蠢囊鬻篓赞雾襄 。 翥 嚣i 若满足Iz 一。l l ，则可以确定系统侧是主要的谐波污染源。 4 算例仿真分析 图3 所示为用于谐波分析的I E E E 1 3 节点工业测 试系统 6 。利用文献E 7 3 所述开关投切电路元件的瞬 态估计方法求取系统和负
9、荷侧的等效谐波阻抗。 以5 次谐波为例，判定系统和用户双方的谐波电 流责任。假定系统仅在母线4 9 ：R E C T 处接有5 次谐 波源，其他各母线均无谐波源。对于母线上所接的各 条负荷支路来说，P C C 节点即为其所连接的最近的那 个母线节点。Z 。、Z 。参数的最大误差分别按1 0 、4 0 计算。仿真结果如表1 所示。从表中我们可以看出只 有节点4 9 ：R E C T 处Z 。绝对值小于1 ，而其他节点 Z 玎m 。绝对值均大于1 ，根据实用判据，节点4 9 ：R E C T 是 主要的谐波污染源。这一结论与假定条件吻合。仿真 结果证明了该方法的有效性。 R H 。：T 午 9 ：
10、T 3 R E C 9 ：T 3 S 髓年。：。E c 午年，：T ，。E c 4 9 = T 十E c 书l ：T 4 s E c十七9 ：T 7 s E c fTt，l 图3I E E E - 1 3 节点系统 表l 仿真分析结果( 各参数均为标幺值) 节点Z 。口Z u口“Z 优。 口t p c c Z m j 。Z 主要谐波源 0 3 ：M 1 I 。I ，一1】1 03 0 41 O一9 1 61 2 03 0 91 9 31 0 6 7 系统侧 1 1 ：T 4 S E C8 7 53 0 61 O一9 1 69 O O2 8 62 2 62 1 4 6系统侧 1 9 ：T 7 S
11、 E C2 9 13 0 41 O一9 1 63 。0 62 8 32 0 41 4 5 7 系统侧 2 9 ：T 1 1 S E C4 1 33 0 51 O一9 1 64 1 32 9 52 0 75 1 5 2系统侧 3 9 ：T 3 S E C2 9 23 0 51 O一9 1 63 O O3 0 22 0 53 2 0 9 系统侧 4 9 ：R E C T3 O O2 9 O1 O一9 1 61 O O一9 1 30 4 40 8 5 用户佣 5 1 ：A U X5 5 02 9 91 09 1 65 5 02 9 72 2 82 6 3 2 1 系统侧 5结论 对于系统和用户来说，
12、谐波源辨识问题的实质就是正确识别双方的谐波责任。本文在谐波管理激励 机制基础上，提出了一种基于双方等效谐波电压比的谐波责任辨识的实用判据并给出具体实现步骤。仿 真结果表明，该方法能有效的辨别系统和用户双方对于公共连接点实际的谐波污染责任，能为公平合理 的管理谐波污染提供依据。 参考文献 1 A M c E a c h er n ，W M Gr a d y ，G T H e y d t ，M M c G r a n a g h a n ，“R e v e n u ea n d h ar m o n i c s ：A ne v a l u a t i o no fs o m ep r o p o
13、s e dr a t es t r u c t ur e ，”l E E ET r a n s P o w er D e I | v er y ，V 0 1 10 ，n o 1 ，J a n 1 9 9 5 ：4 7 4 - 4 8 2 2 G T H e y d t ，“I d e n t i f i c a t i o no fh a r m o n i Cs o u r c eb yas t a t ee s t i m a t i o nt e c h n i q u e ，” I E E ETr a n s P o w erD e Ii v er y ，v O I 4 ，n o 1
14、，J a n 19 8 9 ：5 6 9 5 7 6 3 M T s u k a m o t o ，S O g a w a ，Y N a t s u d a ，Y M i n o w a ， S N i s h i m ur a ，“A d v a n c e d T e c h n o l o g y t o I d e n t i f y H a r m o n i c sC h ar a c t e r i s t i C Sa n dR e s u l t so f M e a s u r i n g ，” H ar m o n l C Sa n dQ u a I i t Vo fP
15、o w e r ，2 0 0 0 P r o c e e d i n g s ，9 mI n t er n a t i o n a lC o n f er e n c e ， | | i 麟蘑鬻? 2 4 2 t 一，皴避疼鼹端螺的，寥恩疹凌。+ 蠢善慧鬻囊蕊虢鞲辫；缀骥囊徽 n o 1 ，0 C t 2 0 0 0 ：3 4 1 3 4 6 E 4 3W i I s u n u “O nt h ev a l i d i t yo fp o w e rd ir e c t i o nm e t h o do fi d e n t i f y i n gh a r m o n i cs o u r c e I o c a t i o n ，”l E E EP o w e rE n g R e w v 0 1 2 0 ，J a n ，2 0 0 0 ：4 8 4 9 E 5 3 E T h u n b er g ，L S o d er ，“AN or t o na p p r o a c ht od i s tr i b u t i o nn e t w or km o d e li n gf or h ar m O n i Cs t u d I e s ，”I E E ET r a n s P o w erD e l i v er y ，v O I 14 ，n
