一种基于方波信号的单相谐波阻抗测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力领域，具体涉及一种基于方波信号的单相谐波阻抗测量方法。
【背景技术】
[0002] 在电力系统中，谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。非线性负载通常是 以谐波电流为特征的，所以经常选择谐波电流来表述其扩散极限，而不用电压来表述。近年 来，对非线性负荷向系统注入谐波电流，以及在节点产生的相应的谐波电压的大小的估计 的研究受到了越来越广泛的关注，谐波源量化与定位一直是电能质量研究领域的重点和难 点问题。随着工业的发展，大量非线性负荷接入电网，并向电网注入谐波电流，谐波电流流 经系统阻抗，在各母线上形成谐波电压，从而影响电网中敏感负荷及设备的正常工作。采取 有效的激励措施来抑制电网中的谐波水平是现代智能电网所要求的，如:对引起谐波事故 的责任谐波源要进行相应惩罚，对那些对电网谐波水平起抑制作用的用户要进行相应奖励 等。而所有这些"奖惩机制"实现的前提是要准确合理地划分各谐波源的谐波污染责任。出 于分清谐波污染的责任，也出于更好地调整谐波治理策略等多方面原因，因此，确切地获知 系统的谐波阻抗都是非常重要的。谐波阻抗测量是一项复杂的任务，国内外对系统谐波阻 抗频率特性的测量也进行了大量研究，提出了许多关于系统谐波阻抗频率特性测量的方 法。但目前对这一方面的研究仍处于理论分析阶段，没有研究开发出能够应用于实际的测 量电力网络谐波阻抗的仪器或装备。测量和分析电力系统的谐波阻抗频率特性。目前，国际 上通用一种方式是谐波电流注入法。这种方法首先通过一个谐波电流放生器将不同频率的 谐波电流注入被测量的电力系统，然后由一个谐波信号接受器接受测量点处的谐波电压和 电流，最后再有一个谐波阻抗计算器来完成谐波阻抗的计算。该方法原理简单，实施起来方 便。但是，用该方法测量系统的谐波阻抗有一定的局限性，主要存在以下几个问题：1.注入 系统的谐波电流有可能影响系统的正常运行，因此注入电流的值不能太大;2.由于注入电 流量较小，因此造成的谐波电压的变化量比较微弱，容易被背景噪声淹没;3.由于测量结果 的辨识困难，整个测量过程所需时间较长。4.测量时间较长导致被测电力系统的运行方式 可能会变化，谐波阻抗也将随之而变，从而使得计算结果可能出现较大偏差。因此，原有的 谐波电流注入法已经越来越难以满足对谐波阻抗测量的要求。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于方波信号的单相 谐波阻抗测量方法，该方法通过使用谐波电流发生器向系统依次注入各次幅值以12.5Hz方 波变化的谐波电流，能够较精确地测量出各次的谐波电压，从而能较精确地计算出各次的 谐波阻抗。
[0004] 本发明采用如下技术方案：
[0005] -种基于方波信号的单相谐波阻抗测量方法，包括谐波电流发生器、精确测量器、 带通滤波器及谐波阻抗计算器，所述精确测量器与带通滤波器连接，所述带通滤波器与谐 波阻抗计算器连接，具体步骤如下：
[0006] S1根据电路原理，将低压电网简化为一个电压源Ush及系统阻抗Zsh的串联电路；
[0007] S2在串联电路确定谐波电流发生器的接入点G，并在接入点G装上精确测量器，然 后将电压源开路，测得接入点G点的电压~，对其进行傅里叶分解，得
[0009] S3在接入点G中接入谐波电流发生器，并设置谐波电流频率为基波的h倍，即〇^ = h X ω Q，设置注入谐波电流的幅值为以12.5Hz波动的方波信号；
[0010] S4谐波电流发生器发出频率为c〇h的谐波电流ish，即ish = A(t)sin 〇'六(1:)为谐 波电流幅值为12.5Hz的方波信号，精确测量器测得此时接入点G的电压为u;
[0011] S5将测量得到的G点电压u通过带通滤波器滤波后得到uh，再提取uh的幅值| uh |，此 时I Uh |为电网电压幅值| Ush |和注入谐波电流| Zsh | · A(t)引起的响应之和，再通过12.5Hz的 带通滤波器得到|uh|i2.5HZ与|Zsh| · A(t)相对应的响应；
[0012] S6通过谐波阻抗计算器，：
计算出相应的h次谐波阻抗|Zsh|。
[0013] 所述
[0015]式中，ai、m为方波信号的幅值上限和幅值下限；
[0016 ] Ts为方波的周期，等于方波频率的倒数；
[0017] d为方波的占空比；
[0018] ω为注入谐波电流的角频率。
[0019]所述带通滤波器的频率为h*50Hz。
[0020] 所述谐波电流发生器由6个带并联二极管的IGBT管构成，其直流侧并联电容，三相 出线端接滤波电感。
[0021] 谐波电流发生器能根据给定的指令电流，通过控制开关管的开或者断，来控制输 出的电流使其能够跟踪给定的指令电流。
[0022] 所述精确测量器配置电压传感器及电流传感器，用于对输出点的电压电流进行采 样，通过谐振阻抗计算机的傅里叶分解计算，将计算结果得到的各次谐波电压和谐波电流 的值反馈回来，用于进一步的计算。
[0023] 本发明的有益效果：
[0024] (1)可以在对电网注入较小的谐波电流情况下，获得较为精确的谐波阻抗值；
[0025] (2)向电网注入的谐波电流较小，减轻对电网的影响；
[0026] (3)可以方便、迅速地调整注入谐波电流的频率，操作方便，耗时短；
[0027] (4)投资成本相对较低。
【附图说明】
[0028]图1是本发明的谐波阻抗的测量原理图；
[0029] 图2是本发明的电器接线原理图；
[0030] 图3是本发明计算谐振阻抗的流程图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不 限于此。
[0032] 实施例
[0033] 如图1、图2及图3所示，一种基于方波信号的单相谐波阻抗测量方法，采用的测量 装置包括谐波电流发生器、精确测量器、带通滤波器及谐波阻抗计算器；
[0034]图1中，ush为电网电压1^的11次谐波电压分量
[0035] Uh为并网点电压11的11次谐波电压分量
[0036] ish为谐波电流发生器注入的h次谐波电流 [0037] Zsh为系统的h次谐波阻抗
[0038] 所述谐波电流发生器:能够根据人为设置发出不同频率的电流，向系统注入谐波 电流，并且幅值为以12.5Hz波动的方波信号，可以看做一个幅值随时间变化的无伴电流源；
[0039] 该谐波电流发生器，能够根据给定的指令电流，通过控制开关管的开或者断，来控 制输出的电流使其能够跟踪给定的指令电流。所以，实际上能够等效成一个谐波电流源。目 前，市面上流通的有源电力滤波器(APF)实际上就是一个谐波电流发生器，我们通过对其的 一些改进就能使得该装置成为谐波电流发生器。
[0040] 所述谐波电流发生器由6个带并联二极管的IGBT管构成，其直流侧并联电容，三相 出线端接滤波电感。谐波电流发生器能根据给定的指令电流，通过控制开关管的开或者断， 来控制输出的电流使其能够跟踪给定的指令电流。
[0041] 精确测量器:能够测量出线路某一点的电压和电流信号;所述精确测量器