基于臨界阻抗法的雙側(cè)諧波源鑒別與定位的方法
【專利說明】基于臨界阻抗法的雙側(cè)諧波源鑒別與定位的方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于臨界阻抗法的雙側(cè)諧波源鑒別與定位的方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 在供電系統(tǒng)中，諧波通常被定義為基波頻率整數(shù)倍的周期性變化的正弦波，當(dāng)電 力系統(tǒng)中有非線性的負(fù)載時(shí)，工頻電壓或者工頻的電流通過這些非線性負(fù)載時(shí)，會產(chǎn)生不 同于工頻50HZ的電壓或者電流，用傅里葉級數(shù)展開得到一系列的工頻電壓頻率(50HZ)整數(shù) 倍的電壓分量或者電流分量，這些分量就是諧波分量。在這國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的時(shí)代，電能 的質(zhì)量已經(jīng)逐步引起了人們的重視，對于大部分的人來說可能并不懂的什么是電能的質(zhì)量 問題，更多的會認(rèn)為現(xiàn)在普遍出現(xiàn)的電壓低的問題，但是相對于這個(gè)來說諧波污染是一種 更為嚴(yán)重的電能質(zhì)量問題。當(dāng)電網(wǎng)中有大量諧波注入時(shí)會使電網(wǎng)的電能使用效率大幅度降 下降，精密電子設(shè)備不能準(zhǔn)確運(yùn)行，電氣設(shè)備壽命縮短等等，特別是諧波還會使繼電保護(hù)裝 備誤動(dòng)作，造成很嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。諧波是電能質(zhì)量的一個(gè)重要問題，是電能質(zhì)量好壞的重 要依據(jù)之一。
[0003] 諧波產(chǎn)生的原因：由于電力系統(tǒng)中有很多設(shè)備或者負(fù)荷是并不是線性的，當(dāng)頻率 為50HZ的電壓作用在這些非線性負(fù)載器件上面時(shí)，會使工頻電流產(chǎn)生畸變，當(dāng)這個(gè)畸變的 電流流過系統(tǒng)阻抗時(shí)也就形成了諧波源。諧波污染主要有兩個(gè)方面的影響，即電力系統(tǒng)和 信號的干擾。
[0004] 隨著電力系統(tǒng)中非線性的元器件像開關(guān)電源整流器等等的大量投入，使得整個(gè)電 力系統(tǒng)中的諧波源越來越多，電網(wǎng)中的諧波污情況染越來越嚴(yán)重。非線性負(fù)荷引起的電能 質(zhì)量的下降逐步引起了人們的高度重視，為了能更好的處理電力系統(tǒng)中的諧波問題，就必 須確定電網(wǎng)中諧波的污染情況。傳統(tǒng)解決諧波問題的方法一般都是用有功功率法和無功功 率法，但是這些方法在雙側(cè)諧波源鑒別和定位時(shí)都具有一定的局限性。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種基于臨界阻抗法的雙側(cè)諧波源鑒別與定位的方法，其可 判斷出雙側(cè)諧波源的電力系統(tǒng)中的主諧波源，有助于減少在實(shí)際應(yīng)用中的諧波污染，且可 處理多個(gè)諧波源的多個(gè)干擾。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：一種基于臨界阻抗法的雙側(cè) 諧波源鑒別與定位的方法，包括如下步驟：
[0007] S1:獲取電力系統(tǒng)中用戶側(cè)諧波阻抗、系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗，測量電網(wǎng)系統(tǒng)非線性負(fù)荷 作用在PCC點(diǎn)上的諧波電壓和諧波電流，根據(jù)所獲取的用戶側(cè)諧波阻抗、系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗及 所測得的諧波電壓和諧波電流，計(jì)算得到用戶側(cè)諧波電壓源和系統(tǒng)側(cè)諧波電壓源；
[0008] S2:將電力系統(tǒng)等效為雙側(cè)諧波源等值回路，找出臨界阻抗，根據(jù)臨界阻抗計(jì)算該 雙側(cè)諧波源等值回路的雙側(cè)諧波總阻抗值，所述雙側(cè)諧波總阻抗值為用戶側(cè)總諧波阻抗值 與系統(tǒng)側(cè)總諧波阻抗值之和；
[0009] S3:將系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)的諧波阻抗均視為電抗，計(jì)算得到電力系統(tǒng)的阻抗值，將阻 抗值與雙側(cè)諧波總阻抗值進(jìn)行比對，若雙倍的阻抗值大于雙側(cè)諧波總阻抗值，則系統(tǒng)側(cè)電 壓源是主諧波源;若雙倍的阻抗值小于雙側(cè)諧波總阻抗值，則用戶側(cè)電壓源是主諧波源。
[0010] 進(jìn)一步的，所述步驟S3可以通過如下步驟替換：S3'：標(biāo)記"臨界阻抗系數(shù)"；當(dāng)ω> Xmax，則系統(tǒng)側(cè)電壓源是主諧波源，其中為臨界阻抗系數(shù)，Xmax為最大運(yùn)行方式下雙側(cè)諧 波總阻抗的最大值；當(dāng)ω<Χ ηιη，則用戶側(cè)電壓源是主諧波源，其中：ω為臨界阻抗系數(shù)，Xmin 為最大運(yùn)行方式下雙側(cè)諧波總阻抗的最小值。
[0011] 進(jìn)一步的，在所述步驟S3中，所述臨界阻抗系數(shù)的計(jì)算公式如下：
[0013]其中，ω為臨界阻抗系數(shù)，IpcAPCC點(diǎn)上的臨界電流，Q為電力系統(tǒng)的總電量。
[0014]進(jìn)一步的，在所述步驟S2中，
[0015]當(dāng)電力系統(tǒng)諧波阻抗為感抗時(shí)：
[0017]當(dāng)電力系統(tǒng)諧波阻抗為容抗時(shí)：
[0020] 其中，zci為臨界阻抗，i為用戶側(cè)諧波電壓源，APCC點(diǎn)上的諧波電流，X為雙 側(cè)諧波總阻抗值，R為電阻。
[0021] 進(jìn)一步的，在所述步驟S1中，計(jì)算所述用戶側(cè)電壓源和系統(tǒng)側(cè)電壓源所用公式如 下：
[0024]其中，.為用戶側(cè)諧波電壓源，f ^為PCC點(diǎn)上的諧波電壓，〗_.為PCC點(diǎn)上的諧波 電流，Zs為用戶側(cè)諧波阻抗，^為系統(tǒng)側(cè)諧波電壓源，Zc為系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗。
[0025]進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗在電力系統(tǒng)中均勻分布。
[0026]進(jìn)一步的，所述用戶側(cè)諧波阻抗在電力系統(tǒng)中均勻分布。
[0027] 進(jìn)一步的，在所述步驟S1中，所述用戶側(cè)諧波阻抗通過估算方法獲得。
[0028] 進(jìn)一步的，在所述步驟S1中，所述系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗通過估算方法獲得。
[0029] 進(jìn)一步的，在所述步驟S1中，所述PCC點(diǎn)為電力系統(tǒng)中的負(fù)荷公共連接點(diǎn)。
[0030] 本發(fā)明的有益效果如下:通過本發(fā)明的基于臨界阻抗法的雙側(cè)諧波源鑒別與定位 的方法可以判斷出雙側(cè)諧波源的電力系統(tǒng)中的主諧波源，從而有助于減少在實(shí)際應(yīng)用中的 諧波污染，可適用于大部分的單雙側(cè)諧波源電路，且可處理多個(gè)諧波源的多個(gè)干擾。
[0031] 上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。 【【附圖說明】】
[0032] 圖1是本發(fā)明一實(shí)施例電力系統(tǒng)的雙側(cè)諧波源等值電路圖；
[0033]圖2是疊加原理法諧波源檢測圖；
[0034]圖3是采用疊加原理法時(shí)系統(tǒng)側(cè)諧波源單獨(dú)作用原理圖；
[0035]圖4是采用疊加原理法時(shí)用戶側(cè)諧波源單獨(dú)作用原理圖；
[0036] 圖5是采用疊加原理法時(shí)系統(tǒng)側(cè)單獨(dú)作用的仿真電路圖；
[0037] 圖6是采用疊加原理法時(shí)用戶側(cè)單獨(dú)作用的仿真電路圖；
[0038] 圖7是采用基于臨界阻抗法的雙側(cè)諧波源鑒別與定位的方法時(shí)雙側(cè)諧波臨界阻抗 法仿真電路圖；
[0039] 圖8是采用基于臨界阻抗法的雙側(cè)諧波源鑒別與定位的方法時(shí)雙側(cè)諧波臨界阻抗 電路圖；
[0040] 圖9是采用基于臨界阻抗法的雙側(cè)諧波源鑒別與定位的方法時(shí)| Zm | = | Zs+Z。|的計(jì) 算模型；
[0041] 圖10是實(shí)驗(yàn)用基于臨界阻抗法的雙側(cè)諧波源鑒別與定位的方法的仿真電路圖；
[0042] 圖11是一部分雙側(cè)諧波源的仿真與實(shí)驗(yàn)對比圖；
[0043] 圖12是另一部分雙側(cè)諧波源的仿真與實(shí)驗(yàn)對比圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0044]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0045] 臨界阻抗法是指在電路中找出一個(gè)臨界阻抗Zu，使得系統(tǒng)側(cè)的等效諧波源電壓幅 值E等于用戶側(cè)的諧波電壓幅值V，而臨界阻抗法就是比較系統(tǒng)阻抗和公共點(diǎn)兩側(cè)等效諧波 電壓相等時(shí)的臨界阻抗的大小來確定諧波流向。
[0046] 在簡單的電力系統(tǒng)中，如果用戶側(cè)和系統(tǒng)側(cè)的諧波阻抗可以精確測量出來的話， 可以把系統(tǒng)等效為單斷源等值回路分析，判斷出主諧波源，但在實(shí)際電路中，諧波阻抗一直 在變化，所以比較難測量得精確數(shù)據(jù)，在本實(shí)施例中，所采用的用戶側(cè)諧波阻抗Z s、系統(tǒng)側(cè) 諧波阻抗Z。通過估算方法獲得，該系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗Z。、用戶側(cè)諧波阻抗1在電力系統(tǒng)中均勻 分布。
[0047] 本發(fā)明一較佳實(shí)施例所述的基于臨界阻抗法的雙側(cè)諧波源鑒別與定位的方法，包 括步驟步驟S1至S3:
[0048] S1:獲取電力系統(tǒng)中用戶側(cè)諧波阻抗Zs、系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗Z。，測量電網(wǎng)系統(tǒng)非線性 負(fù)荷作用在PCC點(diǎn)上的諧波電壓和諧波電流根據(jù)所獲取的用戶側(cè)諧波阻抗2 8、系 統(tǒng)側(cè)諧波阻抗Z。及所測得的諧波電壓和諧波電流，計(jì)算得到用戶側(cè)諧波電壓源士， 和系統(tǒng)側(cè)諧波電壓源^。其中，所述PCC點(diǎn)為電力系統(tǒng)中的負(fù)荷公共連接點(diǎn)。
[0049]在本步驟中，計(jì)算所述用戶側(cè)電壓源.和系統(tǒng)側(cè)電壓源采用公式如下：
[0052]在上述公式中，為用戶側(cè)諧波電壓源，為PCC點(diǎn)上的諧波電壓，為PCC點(diǎn) 上的諧波電流，ZS為用戶側(cè)諧波阻抗，為系統(tǒng)側(cè)諧波電壓源，Zc為系統(tǒng)側(cè)諧波阻抗。
[0053] S2:將電力系統(tǒng)等效為雙側(cè)諧波源等值回路(該雙側(cè)諧波源等值回路請參見圖1)， 找出臨界阻抗，根據(jù)臨界阻抗計(jì)算該雙側(cè)諧波源等值回路的雙側(cè)諧波總阻抗值X，所 述雙側(cè)諧波總阻抗值X為用戶側(cè)總諧波阻抗值與系統(tǒng)側(cè)總諧波阻抗值之和。
[0054] 在所述步驟S2中，
[0055]當(dāng)電力系統(tǒng)諧波阻抗為感抗時(shí)：
[0057]當(dāng)電力系統(tǒng)諧波阻抗為容抗時(shí)：
[0060] 在上面的公式中，ZC1為臨界阻抗，j^為用戶側(cè)諧波電壓源，點(diǎn)上的諧波 電流，X為雙側(cè)諧波總阻抗值，R為電阻。
[0061] S3:將系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)的諧波阻抗均視為電抗，計(jì)算得到電力系統(tǒng)的阻抗值Z1，將 阻抗值Z1與雙側(cè)諧波總阻抗值X進(jìn)行比對，若2Z1>X，則系統(tǒng)側(cè)電壓源是主諧波源，2Z1<X，則 用戶側(cè)電壓源是主諧波源。