基于临界阻抗法的双侧谐波源鉴别与定位的方法
【专利说明】基于临界阻抗法的双侧谐波源鉴别与定位的方法 【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于临界阻抗法的双侧谐波源鉴别与定位的方法。 【【背景技术】】
[0002] 在供电系统中，谐波通常被定义为基波频率整数倍的周期性变化的正弦波，当电 力系统中有非线性的负载时，工频电压或者工频的电流通过这些非线性负载时，会产生不 同于工频50HZ的电压或者电流，用傅里叶级数展开得到一系列的工频电压频率(50HZ)整数 倍的电压分量或者电流分量，这些分量就是谐波分量。在这国民经济迅速发展的时代，电能 的质量已经逐步引起了人们的重视，对于大部分的人来说可能并不懂的什么是电能的质量 问题，更多的会认为现在普遍出现的电压低的问题，但是相对于这个来说谐波污染是一种 更为严重的电能质量问题。当电网中有大量谐波注入时会使电网的电能使用效率大幅度降 下降，精密电子设备不能准确运行，电气设备寿命缩短等等，特别是谐波还会使继电保护装 备误动作，造成很严重的经济损失。谐波是电能质量的一个重要问题，是电能质量好坏的重 要依据之一。
[0003] 谐波产生的原因：由于电力系统中有很多设备或者负荷是并不是线性的，当频率 为50HZ的电压作用在这些非线性负载器件上面时，会使工频电流产生畸变，当这个畸变的 电流流过系统阻抗时也就形成了谐波源。谐波污染主要有两个方面的影响，即电力系统和 信号的干扰。
[0004] 随着电力系统中非线性的元器件像开关电源整流器等等的大量投入，使得整个电 力系统中的谐波源越来越多，电网中的谐波污情况染越来越严重。非线性负荷引起的电能 质量的下降逐步引起了人们的高度重视，为了能更好的处理电力系统中的谐波问题，就必 须确定电网中谐波的污染情况。传统解决谐波问题的方法一般都是用有功功率法和无功功 率法，但是这些方法在双侧谐波源鉴别和定位时都具有一定的局限性。 【
【发明内容】
】
[0005] 本发明的目的是提供一种基于临界阻抗法的双侧谐波源鉴别与定位的方法，其可 判断出双侧谐波源的电力系统中的主谐波源，有助于减少在实际应用中的谐波污染，且可 处理多个谐波源的多个干扰。
[0006] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种基于临界阻抗法的双侧 谐波源鉴别与定位的方法，包括如下步骤：
[0007] S1:获取电力系统中用户侧谐波阻抗、系统侧谐波阻抗，测量电网系统非线性负荷 作用在PCC点上的谐波电压和谐波电流，根据所获取的用户侧谐波阻抗、系统侧谐波阻抗及 所测得的谐波电压和谐波电流，计算得到用户侧谐波电压源和系统侧谐波电压源；
[0008] S2:将电力系统等效为双侧谐波源等值回路，找出临界阻抗，根据临界阻抗计算该 双侧谐波源等值回路的双侧谐波总阻抗值，所述双侧谐波总阻抗值为用户侧总谐波阻抗值 与系统侧总谐波阻抗值之和；
[0009] S3:将系统侧和用户侧的谐波阻抗均视为电抗，计算得到电力系统的阻抗值，将阻 抗值与双侧谐波总阻抗值进行比对，若双倍的阻抗值大于双侧谐波总阻抗值，则系统侧电 压源是主谐波源;若双倍的阻抗值小于双侧谐波总阻抗值，则用户侧电压源是主谐波源。
[0010] 进一步的，所述步骤S3可以通过如下步骤替换：S3'：标记"临界阻抗系数"；当ω> Xmax，则系统侧电压源是主谐波源，其中为临界阻抗系数，Xmax为最大运行方式下双侧谐 波总阻抗的最大值；当ω<Χ ηιη，则用户侧电压源是主谐波源，其中：ω为临界阻抗系数，Xmin 为最大运行方式下双侧谐波总阻抗的最小值。
[0011] 进一步的，在所述步骤S3中，所述临界阻抗系数的计算公式如下：
[0013]其中，ω为临界阻抗系数，IpcAPCC点上的临界电流，Q为电力系统的总电量。
[0014]进一步的，在所述步骤S2中，
[0015]当电力系统谐波阻抗为感抗时：
[0017]当电力系统谐波阻抗为容抗时：
[0020] 其中，zci为临界阻抗，i为用户侧谐波电压源，APCC点上的谐波电流，X为双 侧谐波总阻抗值，R为电阻。
[0021] 进一步的，在所述步骤S1中，计算所述用户侧电压源和系统侧电压源所用公式如 下：
[0024]其中，.为用户侧谐波电压源，f ^为PCC点上的谐波电压，〗_.为PCC点上的谐波 电流，Zs为用户侧谐波阻抗，^为系统侧谐波电压源，Zc为系统侧谐波阻抗。
[0025]进一步的，所述系统侧谐波阻抗在电力系统中均匀分布。
[0026]进一步的，所述用户侧谐波阻抗在电力系统中均匀分布。
[0027] 进一步的，在所述步骤S1中，所述用户侧谐波阻抗通过估算方法获得。
[0028] 进一步的，在所述步骤S1中，所述系统侧谐波阻抗通过估算方法获得。
[0029] 进一步的，在所述步骤S1中，所述PCC点为电力系统中的负荷公共连接点。
[0030] 本发明的有益效果如下:通过本发明的基于临界阻抗法的双侧谐波源鉴别与定位 的方法可以判断出双侧谐波源的电力系统中的主谐波源，从而有助于减少在实际应用中的 谐波污染，可适用于大部分的单双侧谐波源电路，且可处理多个谐波源的多个干扰。
[0031] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。 【【附图说明】】
[0032] 图1是本发明一实施例电力系统的双侧谐波源等值电路图；
[0033]图2是叠加原理法谐波源检测图；
[0034]图3是采用叠加原理法时系统侧谐波源单独作用原理图；
[0035]图4是采用叠加原理法时用户侧谐波源单独作用原理图；
[0036] 图5是采用叠加原理法时系统侧单独作用的仿真电路图；
[0037] 图6是采用叠加原理法时用户侧单独作用的仿真电路图；
[0038] 图7是采用基于临界阻抗法的双侧谐波源鉴别与定位的方法时双侧谐波临界阻抗 法仿真电路图；
[0039] 图8是采用基于临界阻抗法的双侧谐波源鉴别与定位的方法时双侧谐波临界阻抗 电路图；
[0040] 图9是采用基于临界阻抗法的双侧谐波源鉴别与定位的方法时| Zm | = | Zs+Z。|的计 算模型；
[0041] 图10是实验用基于临界阻抗法的双侧谐波源鉴别与定位的方法的仿真电路图；
[0042] 图11是一部分双侧谐波源的仿真与实验对比图；
[0043] 图12是另一部分双侧谐波源的仿真与实验对比图。 【【具体实施方式】】
[0044]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0045] 临界阻抗法是指在电路中找出一个临界阻抗Zu，使得系统侧的等效谐波源电压幅 值E等于用户侧的谐波电压幅值V，而临界阻抗法就是比较系统阻抗和公共点两侧等效谐波 电压相等时的临界阻抗的大小来确定谐波流向。
[0046] 在简单的电力系统中，如果用户侧和系统侧的谐波阻抗可以精确测量出来的话， 可以把系统等效为单断源等值回路分析，判断出主谐波源，但在实际电路中，谐波阻抗一直 在变化，所以比较难测量得精确数据，在本实施例中，所采用的用户侧谐波阻抗Z s、系统侧 谐波阻抗Z。通过估算方法获得，该系统侧谐波阻抗Z。、用户侧谐波阻抗1在电力系统中均匀 分布。
[0047] 本发明一较佳实施例所述的基于临界阻抗法的双侧谐波源鉴别与定位的方法，包 括步骤步骤S1至S3:
[0048] S1:获取电力系统中用户侧谐波阻抗Zs、系统侧谐波阻抗Z。，测量电网系统非线性 负荷作用在PCC点上的谐波电压和谐波电流根据所获取的用户侧谐波阻抗2 8、系 统侧谐波阻抗Z。及所测得的谐波电压和谐波电流，计算得到用户侧谐波电压源士， 和系统侧谐波电压源^。其中，所述PCC点为电力系统中的负荷公共连接点。
[0049]在本步骤中，计算所述用户侧电压源.和系统侧电压源采用公式如下：
[0052]在上述公式中，为用户侧谐波电压源，为PCC点上的谐波电压，为PCC点 上的谐波电流，ZS为用户侧谐波阻抗，为系统侧谐波电压源，Zc为系统侧谐波阻抗。
[0053] S2:将电力系统等效为双侧谐波源等值回路(该双侧谐波源等值回路请参见图1)， 找出临界阻抗，根据临界阻抗计算该双侧谐波源等值回路的双侧谐波总阻抗值X，所 述双侧谐波总阻抗值X为用户侧总谐波阻抗值与系统侧总谐波阻抗值之和。
[0054] 在所述步骤S2中，
[0055]当电力系统谐波阻抗为感抗时：
[0057]当电力系统谐波阻抗为容抗时：
[0060] 在上面的公式中，ZC1为临界阻抗，j^为用户侧谐波电压源，点上的谐波 电流，X为双侧谐波总阻抗值，R为电阻。
[0061] S3:将系统侧和用户侧的谐波阻抗均视为电抗，计算得到电力系统的阻抗值Z1，将 阻抗值Z1与双侧谐波总阻抗值X进行比对，若2Z1>X，则系统侧电压源是主谐波源，2Z1<X，则 用户侧电压源是主谐波源。