（电气工程专业论文）基于虚拟仪器的谐波源定位系统的设计与研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 随着社会的进步和发展，电能质量问题逐渐引起人们的重视，电能质量问题 已经成为电力系统的重大课题。为了保证供电质量，确保电力公司和用户正常交 易，对用户投入系统运行所产生的影响进行合理的奖惩，体现系统和用户对电能 质量状况的共同责任，有必要对公共耦合点所产生的谐波污染进行责任的划分。 谐波源的定位方法研究和其测量仪器的研制具有理论意义和工程实用价值 本文在参考了国内外文献资料的基础上，综述了谐波产生的原因、谐波的危 害以及谐波源定位和谐波发射水平的各种方法，并着重阐述了谐波源定位方法中 基于谐波功率的方法和基于谐波阻抗的判断方法。为谐波源定位系统的研制提供 了理论依据和算法。 在综合了各种谐波源定位方法后，本文就虚拟仪器的各种特点，归纳了几种 适合于谐波源定位系统的几种方法。并在充分比较几种方法的优缺点后，提出了 一种基于线性回归和叠加法的谐波定位新方法，该方法不仅可以对谐波源进行定 位，而且还可以较为全面的估计谐波发射水平。同时还详细介绍了谐波源定位的 其他方法，几种方法互为参考，互为补充。 在此基础上，本文设计并实现了基于虚拟仪器的谐波源定位系统。该系统是 一种基于先进的数字信号处理技术和计算机技术的虚拟仪器。它可以实现长期在 线运行，实时测量分析，历史数据管理等功能；与传统的仪器相比，具有操作简 单，处理能力强，方便扩展等优点。为电力部门对电能质量的管理提供了重要依 据。 最后作者利用文中所设计的谐波源定位系统，结合实验室所搭建的谐波源平 台，实测了系统的谐波进行定位并得出谐波发射水平，结果表明的了系统结构的 正确性。 关键词：谐波源分离，谐波源定位，电能质量，谐波阻抗，虚拟仪器 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dg r o w t ho fe c o n o m i c s p o w e rq u a l i t yi s s u eh a si n c r e a s i n g l yc a p t u r e d c o n s i d e r a b l ea t t e n t i o nf r o mb o t hl i t i l i t yc o m p a n i e sa n dt h e i rc u s t o m e l r s i no l d e rt o 螂l 聆t h eq u a l i t yo fp o w e rs u p p l ya n dp e r t i n e n ts o l v i c el e v e l a n dt h e n 饥s i j t h e 1 1 0 1 3 1 3 a l d e a l i n g sb c t w l l lu t i l i t yc o m p a n i e sa n dc u s t o m e r si nr a t e dl i m i t s ，i t i s i n d i s p e n s a b l et op u tap e n a l t y0 1 ap r e m i u md u et ot h ee f f e c to f1 1c u s t o m e r , w h i c h e m b o d i e st h ec o r p o r a t er e s p o n s i b i l i t yf o rp o w e rq u a l i t y r e s e a r c ho f h a r m o n i cl o c a t i o n m e t h o d sa n dd e v e l o p m e n to f m e a s u r i n ge q u i p m e n t sh a st h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lv a l u e o nt h eb a s i so f c o n s u l t i n gl i t e r a t u r e s ，s u m m a r i z et h e i l l o f h a r m o n i ce m e r g e n c e ， h a r m o n i ch a r m , t h eh a r m o n i cs o u t l o c a t i o na n dh a r m o n i ce m i s s i o nl e v e lm e t h o d s a c c o r d i n gt ot h eh a r m o n i cp o w e rm e t h o da n dh a r m o n i ci m p e n d e n e em e t h o d , s o m es u i t m e t h o d sa 地i n d u c e d t h i sw o r ki st h et h e o r yb a s eo fd e v e l o p i n gl o c a t i o no fh a z m o n i c f l o u l c es y s t e m a f t e rs u m m a r i z et h em e t h o d s ，t h i sp a p e ra e e o r o i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co fv i r t u a l i m m m a e n t , c o n c l u d es o i i i em e t h o d sa p p l i c a b l et ol o c a t i o no f h a r m o n i cf l o u t c c b e s i d e s ， t h i sp a p e rp u tf o r w a r dan e wm e t h o db a s e do nl i n e a r i t yr e g r e s s i o na n ds u p e r p o s i t i o n p r i n c i p l e t h i sm e t h o dn o to n l yl o c a l i z e st h eh a r m o n i cs o l t l i b u ta l s oe s t i m a ：t e h a r m o n i ce m i s s i o nl e v e l t h el o c a t i o no f h a r m o n i cs o u i c cs y s t e mi sd e s i g n e di m p l e m e n t e di nt h i sp a p e r i ti s an e wt y p eo fv i r t u a li n s t r u m e n tb a s e do nt h ea d v a n c e dt h ed s pa n dc o m p u t e r t e c h n o l o g y t h es y s t e mh a st h ea b i l i t i e so fl o n g - t e r mo n l i n eo p e r a t i n g , r e , a l - t i m e l l l c a s u t j n ga n da n a l y z i n g , m a n a g i n go fh i s t o r yd a t a , e t c c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a l a n a l y z e r , i th a sm a n ya d v a n t a g e s , s u c ha se a s yc o n t r o l l i n g , s t r o n gp r o c e s s i n ga n d g r a p h i c so u t p u t , e t c i ti sa b l et or e c o r dt h ea b u n d a n ta n di n t e g r a t e dd a t af o r t h ee l e c t r i c d e p a r t m e n t , a n dp r o v i d et h er e f e r c n e , cf o rs e l e c t i n gc o n _ c c tc o m p e n , , 蚰t t i o nt e e l m o l o g y t h i ss y s t e mh a sal o to fa d v a n t a g e s , s u c ha ss m a l l ，p o w e r f u l ，e t c t h ed e s i g na n d r e a l i z a t i o no f t l a eh a r m o n i cl o c a t i o ns y s t e mb a s e do nt h ev it e c h n o l o g yi si n t r o d u c e di n d e t a i lt h e nt l a er u n n i n ge x a m p l e so f s e v e r a lf u n c t i o n sa 地g i v e n k e y w o r d s ：h a r m o n i cs o u r s e p a r a t i o n , h a r m o n i cs o u i c el o c a t i o n , p o w e rq u a l i t y , i - - i a r m o n i ei m p e d a n c e , v i r t u a li n s l r u m c n t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：锹l 丸 签字日期： 加产厂月凹日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 重鏖太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权 重废太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密( ) ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名：级i 乱 名：闰中 签字日期5 抄7 年厂月盼日 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 研究背景和研究意义 现代社会中，电能是一种最为广泛使用的能源，其应用程度成为一个国家发 展水平的主要标志之一电能既是一种经济、实用、清洁且容易控制和转换的能 源形态，又是电力部门向电力用户提供由发、供、用三方共同保证的特殊商品。 随着电力市场的快速发展，电能质量问题越来越受到重视，用户对供电系统的供 电质量提出了更高的要求。电力部门不但要解决电力用户对电能质量的投诉，提 高电能质量满足用户的需要，还要加强电能质量监督管理【l - 2 。同时供电公司必须 保证供电的可靠性、供电质量和服务水平，对超标用户强制拉闸是行不通的 3 - 6 1 在谐波的责任区分上，国际上提出一种“奖惩性方案( i n c e n t i v es c h e m e ) ”p 嗣， 它的基本思想是：系统与用户在额定的范围内正常交易，如果系统不能保证供电 质量，用户应当得到赔偿；如果用户的污染指标恶化，则系统在保证向用户正常 供电的前提下，收取额外的惩罚费用，当然在用户吸收系统中额外的谐波功率的 情况下，系统应当给予一定的补偿和鼓励。另一方面，关于电能质量问题还存在 许多分歧和争论，主要表现在电能质量问题发生的原因与责任上，供用电双方从 认识和看法上往往存在很大的不同。例如，当电网某处发生断路故障，很可能在 一些负荷公共耦合点( t h ep o i n to fc o m m o nc o u p l i n g ，以下简称p c c ) 出现不同 程度的短时电压凹陷，其结果造成某工厂的变频驱动装置掉电。由于目前电力部 门还缺少对类似现象的检测记录与统计，供电双方可能会认为对该工厂的电力供 应是正常的。 在复杂的配电系统中，除了个别大型的谐波源负荷能确定其位置外，系统中 还有许多由不同类型和容量的用电设备按照一定的网络结构组成的综合谐波负 荷，这样在实际应用中检测点将受到一定的限制。不同类型和容量的用电设备按 照一定的网络接线组合而成的综合负荷，其中可能含有谐波源，也可能含有谐波 的受害者【9 】f 1 0 1 。而且对于一条母线上连接两个或多个谐波源的情况，各谐波源之间 存在着互相干扰的问题，其谐波电流可能相互抵消或增强，在总的谐波测量电流 中所占比例也不相同供电部门不可能对每一个节点负荷装设相应的监控和测量 装置，每时每刻监控所有供电节点的谐波干扰水平，只能通过现场结合公共耦合 点和潜在谐波源节点的测量基础上按照一定的判别原则来进行。因此，对谐波源 进行判别，并定量估计综合负荷中线性和非线性部分所占比重，制定出一套能反 应系统和用户对p c c 的谐波污染责任的指标并开发出一套便携式的谐波源定位系 重庆大学硕士学位论文1 绪论 统，是谐波潮流计算、滤波器配置以及谐波奖惩管理等问题的基础，是谐波分析 和治理的首要问题，具有重要的意义。 从实现的原理来看，通过测量仪器实现谐波源定位系统是比较合适的选择。 传统的仪器由于测量指标少，通用性较差，精度较低、自动化程度较低，已经不 满足现代仪器发展的需要。纵观现在的仪器发展局势，可以看出虚拟仪器【1 1 1 【1 2 1 作 为测试技术与计算及技术完美结合得到了迅猛发展，使得测量仪器和测量技术产 生了深刻的变化。虚拟仪器技术综合运用了计算机技术、数字信号处理技术、标 准总线技术和软件工程方法，代表了测量仪器与自动测试系统未来的发展方向【1 3 】 采用虚拟仪器来开发和研制仪器仪表，是今后仪器仪表的发展趋势。通过客户机 和服务器组成谐波源定位系统监测网络，就可以从更高的角度了解全网的电能质 量状况，为电能质量的治理提供确实可靠的数据，基于虚拟仪器的谐波源定位装 置，可以利用计算机的高速处理能力对电力系统进行实时监控，能够快速准确地 将所测得数据进行分析并将结果直观的显示给决策者。 现阶段谐波源定位的研究多集中在理论研究方面，工程实践应用的还比较少， 国内还未见有专门的谐波源定位相关的仪器报道。国外对电能质量的要求更高一 些，在谐波源定位方面的研究更多一些。文献【1 4 】对用于谐波源定位的功率方向法 进行了分析，并进行了实验验证。文献【1 5 】开发了一套谐波源探测系统，该系统主 要采用波动量法，最后得出了谐波源定性的分析 综上所述，由于虚拟仪器的在电力系统电能质量检测中的优越性，基于虚拟 仪器电能质量测量仪器将会应用得越来越广泛。将虚拟仪器技术应用于谐波源辨 识中，为电力公司提供谐波检测和管理的参照和依据，监督和限制用户产生的谐 波，这将为电能质量的检测和管理产生积极的意义 1 2 国内外研究现状 1 2 1 谐波源定位的研究现状 电能质量问题并不是一个新的课题，从历史的发展来看，早在6 0 年代，国外 就已经开始认识到电能质量到重要性，并着手从事有关课题的研究。i e e e 和i e e 等国际知名学术刊物上也发表了大量有关电能质量的论文，就电能质量的定义、 分类、数学分析手段、统计分析方法及在电力系统运行中的应用展开了较为广泛、 深入的探讨。上世纪7 0 年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子 装置在电力系统、工业部门以及家庭中的广泛应用，谐波所造成的危害也日趋严 重，世界各国都对谐波问题予以了充分的关注，定期召开有关谐波问题的学术讨 论会，国际电工委员会( m c ) 和国际大电网会议都相继组成了专门的工作组研究 相关问题并制定各种谐波标准 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 目前，各国在研究方面有取得了一些进展，但很多问题难以解决或达成共识。 尤其是实际的谐波责任的区分。虽然不断有新的理论和算法用于研究谐波源的定 位，但是很多理论尚未得到统一的认识，还需要进一步讨论研究。此外，用于工 程实践的谐波源辨识技术还很不成熟，存在应用上的限制和错误，需要寻找新的 理论基薅i i 和技术指标【1 6 1 。这些研究工作主要有以下几个方面： ( 1 ) 进一步研究谐波电路理论和谐波功率理论，并用于谐波源辨识研究； ( 2 ) 找到一个合适的技术指标用于定位谐波源( 确定谐波源的大小和方向) 与谐波责任的区分，该指标应具备相当的技术性和经济性，且易于实现： ( 3 ) 建立公平有效的谐波奖惩机制来定量约束各谐波源的谐波污染 谐波源检测的实质就是检测系统侧还是用户侧对p c c 的谐波畸变的影响大 小，如果系统侧影响大，则认为系统侧为主要谐波源，反之认为用户侧位主要谐 波源。自从“奖惩性方案”的观点提出后，特别是文献【1 7 】发表后，国内外的科技 工作者在这方面做了许多可贵的探讨。提出了功率方向法、临界阻抗法、电流空 间矢量法和基于稳健回归的最小二乘法等算法。 现有的谐波源辨识的方法一类为基于状态估计的方法谐波源的辨识问题最 初是作为谐波潮流的逆问题由g t h e y d t 提出【埔】的。通过测量系统中部分节点的谐 波电压和线路中的谐波电流，采用状态估计的方法来获得负荷注入系统的谐波功 率。另一类辨识谐波源的方法是通过研究畸变的电压波形和电流波形之间的内在 联系，找出相应的负荷参数，作为判定谐波源的指标。1 9 9 5 年，a l e x a n d e r 等提出 的谐波有功功率判别法揭开了研究谐波源分离问题的序幕。功率正方向定义为从 供电网络到用户负载侧，谐波有功功率大于零则说明谐波源位于供电网络端，谐 波有功功率小于零则说明谐波源位于用户负载端：w i l s u n x u 已经证明了这种方法 的不合理性0 9 2 0 l ，而且当谐波电压恰好与谐波电流的相位差成9 0 。时，谐波有功功 率为零，该方法就不能进行谐波分离。文献【2 1 】提出了一种基于无功功率的检测思 路。但该方法需要预先知道系统侧谐波阻抗和用户侧谐波阻抗的一个大概值，所 以无功功率检测法受到谐波阻抗的影响，会有一定的误差，其结果准确度一般只 能达到5 0 0 , 6 k s r i n i v a s a n 等于1 9 9 6 年提出了“畸变负荷”的思路，把用户负载分为畸变 负载和非畸变负载 2 2 1 1 2 3 1 非畸变负载定义为：无论电流在什么情况下，都不会引 起电压畸变的负载；利用非畸变负载在频域下，无论频率怎样变化，p c c 处电压 与电流星线性关系。但是该方法的前提是供电网络中的电压不存在畸变 2 0 0 0 年，a h m e d a m o u s t a f a 等提出，如果负荷参数( 1 l ) 呈现线性，则代 表在任何时候( 即便供电电压波形已经畸变) 该负荷电压和电流成固定比例，也 即是说该负荷为线性负荷；相反，如果负荷参数发生了非线性变化，即说明该负 重庆大学硕士学位论文l 绪论 荷侧存在谐波源。但是该方法只能定性的分析，不能定量的分析谐波源脚】。 为了解决q 0 时， e e 则表示无功功率从系统侧流到用户侧，反之则表示无功功率从用户侧流到 系统侧由上式可以看出，无功功率的正负不仅与e z oc o s 8 的大小有关，而且 与互+ 乙的正负有关在假定z - + 互为正的情况下，根据无功功率的正负，也仅 仅能得到e 一疋c o s & 的正负。也就是说，当q 0 的时候，可以得到巨 。时用户侧为主要谐波源； _ i - - d - b c t 9 8 ，即e e 0 ，则认为系统侧造成了主要的波形畸变；如果只 0 只 o 说明系统侧向用户输送谐波功率。 当谐波源位于用户侧时， 。，= 彘i 。 2 1 ( 3 6 ) ( 3 7 ) ( 3 8 ) ( 3 9 ) 时玎 f 一+ 眩一眩 重庆大学硕士学位论文3 谐波源定位方法研究 = 箍t ( 3 1 0 ) 只= 醐c ) = 嘬。磊 联z 1 ) 0 ( 3 1 1 ) 只 0 说明片j 尸侧同糸统侧输送谮坡功翠 综上所述，在单个谐波源作用的系统中，含有谐波源的一侧在谐波等效电路 中作为唯一的电源，总是会向另一侧发送谐波功率。因此，谐波功率方向法在这 种简单系统中可以很准确的判断出谐波源是位于系统侧还是用户侧。 ( 2 ) 双谐波源系统 根据叠加原理，分别考虑两个谐波源单独作用的情况。叠加可得： k = ，+ 。肛= 彘一毫 ( 3 1 2 ) 以，+ = 籀+ 貉垆羡( 似) ( 3 1 3 ) 监测p c c 的谐波功率为： q = 毗幺) = 姒) 羡，嚷小磊 = 搿嘲咖讹母乞) 厶眩i s i n ( 见一只+ 吃) 一e i z c i s i n 乞 ( 3 1 4 ) e = r e ( v m p , 。) = 醐似，箍，囔小鑫 = 咝眩+ 忍i q f l ，* i 互i 血气+ l i 乙i 咖 一见+ 吃) 重庆大学硕士学位论文 3 谐波源定位方法研究 一l t l 互i s i n ( 已一晓+ 吃) 一霹i 乙i s i n 吃 ( 3 1 5 ) 式中，已和幺分别为l 和l 的相角；吃和乞分别为z | 和互的相角 为了定量研究供电方和用户方对于p c c 的贡献，可由下面介绍的叠加法进行 分析。由图3 9 ( a ) 历示，使用k 、毛来衡量谐波源对测量点的谐波功率的贡献， 可以得到功率方向的判定条件： 己 o j 0 0 ，已 0 当q 一， q 0 ，时，无功功率变化率为负，即： ( 3 1 8 ) ( 3 1 9 ) 重庆大学硕士学位论文 3 谐波源定位方法研究 厶q 。f & 0 ，系统侧为较大谐波源； ( 2 ) 如果a q k ，r 0 ，用户侧为较大谐波源。 3 4 基于线性回归和叠加法的谐波源定位改进方法 基于线性回归的谐波源定位和谐波发射谁水平评估方法最早由四川大学杨洪 耕教授提出，该方法基于最小= 乘法原理，对系统公共耦合的谐波电压和谐波电 流进行分析，由计算出的回归系数得出系统的谐波发射水平。在此基本思路上， 许多学者提出了二元线性回归、双线性回归，偏最b - 乘回归等方法。但是双线 性回归法假定系统运行稳定且呈纯感性，在戴维南等值电流中通过测量值( 复数) 的实部，虚部构造方程，估计谐波阻抗，该方法需要系统较为稳定，且不能计算 系统谐波复阻抗中的电阻分量；二元线性回归法基本原理同双线性回归法一样， 但该方法能计算复阻抗中的电阻分量，更为合理 本文将二元线性回归法和叠加法结合起来，先用二元线性回归法将等效的系统 侧和用户侧等效阻抗计算出来，再通过叠加法得出系统的谐波电压和谐波电流发 射水平。 3 4 1 二元线性回归简介 对应自变量五与而的值、x 2 。( f = l ，2 ，靠) ，y 的值为只o = 1 2 ，功，于是得 到n 个点“，x 2 。，y , x i = 1 ，2 力，因变量y 与自变ix , ，屯之间的关系假设具有线性 模型嗍； i , = b o + 岛五+ 如毛 ( 3 2 2 ) 式中鱼，如为回归系数，它由下面方程组决定： 牌：终2 ：。 ( 3 2 3 ) 乜- 岛+ k 岛= k 7 这里： 五- 2 善“- 一t q ) 2 = 击善一写) 2 重庆大学硕士学位论文 3 谐波源定位方法研究 k 2 善魄一夏) 22 磊1 善一夏) 2mm ：= k = “广夏) 魄一夏) h l = 毛，勃一嗝夏 m = 瓴一亏地_ y - - - ) = 乃勘一隔 j i l = ( 屯一鬲) 劬_ y - - - ) m = m 黾一嘱 写= 昙缸 夏= 丢缸 罗= 丢窆弗 d 假设比乏l 。时，于是多= 毛+ 岛五+ 岛而是y 关于毛，而的二元回归方程式 ( 3 2 2 ) 中的常项6 0 为： b o = 歹一a 夏一屯鬲 二元线性回归实质上式依照最小二乘法原理，用空间直线夕= b o + 屯而+ b 2 x 2 来 拟合因变量y 与自变量( 而。毛) 之间的变化关系。 3 4 2 二元线性回归估计法的基本原理 二元线性回归的用户谐波发射水平估计方法是假定系统侧基本稳定的条件 下，以公共耦合点谐波电压、电流测量参数为观测数据，根据系统和用户等值电 重庆大学硕士学位论文3 谐波源定位方法研究 路推导的二元回归方程求取系统侧谐波阻抗，进而计算用户谐波发射水平。 等效电路如图3 7 所示，根据电路图可列出方程： 圪= + k z i ( 3 2 4 ) 按实部虚部展开得到： y 4 = v w z 4 1 w z 口l 嗍 q 2 5 ) = + 乙k + 。k ( 3 2 6 ) 系统侧用户侧 p c i 扩 一 乏脚 l 圈3 7 系统和用尸等值电蹯 f i g3 7s y s t e ma n dc u s t o m e re q u i v a l e n tc i r c u i t 由式( 3 2 5 ) 变换可得： 乙：坚萼刍生 ( 3 2 7 ) 1 p a 盛 或 乙：坚刍华0 2 8 ) m 将式( 3 2 7 ) 代入式( 3 2 6 ) ，可得线性方程： 吃k + k 一乙( + ) = ( k + k ) ( 3 2 9 ) 同理，由式( 3 2 8 ) 可得： 匕k 一k + 乃( 囊+ ) = ( k 一k ) 0 3 0 ) 方程( 3 2 9 ) 与( 3 3 0 ) 中未知变量分别为吃、乙和匕、乙，因 此，根据二元线性回归分析方法，可以由测量值对它们进行估计。其中，两对吃和 重庆大学硕士学位论文3 谐波源定位方法研究 作为系统谐波电压源最小方差估计值，而互= z 二+ 成为系统侧谐波阻抗。 对应每一对( p o ，j 删) ，需要重新计算系统侧谐波等值电压源电压匕。用 户侧注入系统的谐波电流所引起的电压增加为： v , , f f i l 茏= 一貉 2 一矗五8 一圪( 3 3 1 ) 从以上分析可以看出，通过测量系统p c c 电压和电流，应用线性回归计算出 系统阻抗和系统侧等效电压源，最后得出p c c 谐波发射水平。可以看出，该方法 只需要测量p c c 的谐波电压和谐波电流值，并不对系统产生任何影响，是一种比 较适合作为谐波源定系统采用的一种算法 3 ，4 3 电流电压叠加法 对于图2 1 的诺顿等效电路，由叠加法可得，对h 次谐波，诺顿等效电路可转 化为图3 8 所示的电路1 2 7 图3 8 h 次谐波贡献图 f i g3 8d f t e r n t i n a l i o no f h a r m o n i c $ o m c ec o n t r i b u t i o nf o rh t hh a r m o n i c 神相位分解 曲p h a s ed e c o m p o s i t i o n 重庆大学硕士学位论文 3 谐波源定位方法研究 协波形分解 图3 9 系统侧和用户侧谐波电流分解 f i 9 3 9 d e c o m p o s i t i o n o fi 睁o f t h e h t b h a r m o n i c i n t o t w o c o m p o n e n t s 从图3 8 可以得出系统侧和用户侧谐波电流： l ，= 互z + 互i ( 3 3 2 ) l ，= - - z 。簪w i # = i 。啦c + 卜l ，o q 3 4 ) 其中，一，和0 声分别表示公共耦合点h 次谐波的系统侧和用户侧谐波电流 大小。当然，从图3 8 来看，定义的系统侧和用户侧谐波电流仍有不明确的地方。 将它们进行相位和波形分解，如图3 9 ，可以褥到： k 卜k ；白+ 0 ( 3 - 3 5 ) 这里0 是l 一附到k 上的投影，这里是，到k 上的投影这样，k 即 为系统侧和用户侧谐波电流的标量之和。例如，当0 的大小为3 a ，0 的大小为 7 a 时，。的值为1 0 a ，换句话说，用户侧的谐波电流发射水平为7 0 易和岛为标量并且两者值都有正负。如果他们的值都为正时，系统侧和用户 侧谐波相加即为p c c 的谐波电流。如果它们当中出现负值，则负值代表该侧的谐 波电流减小了流向p c c 处的谐波电流。 同样的原理，我们可以分别定义电压畸变的系统侧和用户的贡献，如式( 3 3 6 ) 、 ( 3 3 7 ) 、( 3 3 8 ) 所示： 77 o ，= 号! 争l ( 3 3 6 ) 重庆大学硕士学位论文 3 谐波源定位方法研究 艮，= 芋e ； l ( 3 3 7 ) 。z - + z c t 。 。- - v + 肛 ( 3 3 8 ) 我们同样可以通过投影方式确定p c c 谐波电压的贡献，这里不再赘述。 3 4 4 基于线性回归和叠加法的谐波源定位 从以上的分析可以看出，由二元线性回归法可以计算出系统侧等效电压源和 等效电阻值。如果我们将电路等效为戴维南等效电路，如图3 1 0 所示。 系统侧用户侧 玉 i 哆量k 格 p c c k 牵 i 图3 1 0 戴维南等效电路 根据图中，k 和用户侧的关系可以列出方程： k = 一o 忍 按实部虚部展开得到： 吆= 一乙k 十乙k = 一乙k 一乙k 由式( 3 4 0 ) 变换可得： 乃：监考墨生 口c 口 将( 3 4 2 ) 式代入( 3 4 0 ) 式可得线性方程； 圪k + k + 乙( 犯+ ) = ( k + k ) 同理，可得线性方程： k 一吃k + 乙( 名+ ) ( 3 3 9 ) ( 3 4 0 ) ( 3 4 1 ) ( 3 4 2 ) ( 3 4 3 ) 重庆大学硕士学位论文3 谐波源定位方法研究 2 【。k 一k j ( 3 峋 根据二元线性回归分析方法，可以由测量值对它们进行估计，计算出 互= 2 ：+ 玛为用户侧谐波阻抗，由3 2 2 节中所介绍的方法得出z | = z 0 + ， 这样，乙和互都计算出来，再利用叠加法原理，就可以计算出系统侧和用户侧各 自的谐波电压大小，迸而计算出用户侧谐波电压发射水平和谐波电流发射水平， 如( 3 4 5 ) 和( 3 4 6 ) 式 = 謦叫箍 ( 3 彤) 2 赢 0 4 6 ) 3 5 本章小结 本章综述了谐波源定位方法研究现状，分别总结了基于谐波功率方向和基于 谐波阻抗定位等方法的优点、缺点及其改进的方面，在此基础上，研究了基于叠 加法和线性回归的谐波源定位新方法。 在综合比较各种谐波源定位方法后，介绍了几种应用于虚拟仪器编程的谐波 源定位方法，分别是基于线性回归和叠加法的谐波源定位方法，基于功率方向的 谐波源定位方法和基于无功功率变化的方法。几种方法都能在一定程度上对谐波 源进行分析和定位，且有不对系统产生影响，原理方法简单等优点。但是由于谐 波源判断的不确定性，在应用中也受到实际条件的限制，几种方法可互为验证， 提高谐波源定位的准确度本章的研究为以下谐波源定位系统的设计和实现提供 了理论和方法。 重庆大学硕士学位论文 4 谐波源定位系统的硬件结构设计 4 谐波源定位系统的硬件结构设计 4 1 谐波源定位系统的整体结构框图