（电力系统及其自动化专业论文）谐波源识别的研究及实现.pdfVIP

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 对电能质量扰动源进行识别是电能质量监测与控制的要求之一，对于协调电力 用户与供电企业间的矛盾和对电能质量进行治理具有重要的意义。目前，对电能质 量的若干扰动源如谐波源、电压暂降等的识别研究还处于理论分析阶段，没有现成 的装置能够用于现场的测量和分析。 本文提出了基于负荷阻抗特性的谐波源识别的方法，该方法根据公共耦合点 ( p o i n to f c o m m o nc o u p l i n g ，p c c ) 所测电压波形、电流波形以及所计算的负荷阻 抗参数来识别谐波源，通过引入的量化的非线性度的概念来估计谐波贡献量，并经 过大量试验提出了适于工程应用的经验性阈值，研制了基于该方法的识别装置，经 过几类典型负荷的r t d s 仿真试验、山西阳泉1 1 0 k v 3 5 k v 西岭变电站的现场运行 证明了该方法的正确性。 关键词：电能质量，谐波源识别，虚拟仪器 a b s t r a c t t oi d e n t i f yt h es o u r c e so fp o w e rq u a l i t yd i s t u r b a n c e si sar e l a t i v e l yc r i t i c a ld e m a n d o fp o w e rm o n i t o r i n ga n dc o n t r 0 1 i th a sg r e a ts i g n i f i c a n c eo nc h a n g i n gt h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h ec u s t o m e r sa n du t i l i t i e sa n d i m p r o v i n gp o w e rq u a l i t y a tp r e s e n tt h er e s e a r c h o ni 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 e s ，v o l t a g es a g sa n ds oo nh a sj u s tb e g u n ，n oe f f i c i e n t m e t h o di sp r o p o s e d u n t i ln o wn oi n s t r u m e n tc a nb e u s e df o rf i e l dt e s t an e wm e t h o db a s e do nl o a di m p e d a n c ec h a r a c t e r i s t i c sf o ri d e n t i f y i n gh a r m o n i c s o u r c e si nd i s t r i b u t i o ns y s t e m si sp r o p o s e d t h ei d e n t i f y i n gm e t h o di sb a s e do nt h ep o i n t o fc o m m o nc o u p l i n g sv o l t a g ew a v e f o r ma n dc u r r e n tw a v e f o r m ，a n dt h el o a dp a r a m e t e r s v a l u e ad e g r e eo fn o n - l i n e a r i t yi si n t r o d u c e dt oe v a l u a t et h ec o n t r i b u t i o no ft h e h a r m o n i c s a n da ne m p i r i c a lt h r e s h o l dv a l u eo f f r o mc o n s i d e r a b l et e s t si sa l s o i n t r o d u c e dt h a tc a nb ee a s i l ya p p l i e dt op r a c t i c a lf i e l du s e ah a r m o n i cs o u r c em o n i t o r b a s e do nt h em e t h o di sm a d e t h es u g g e s t e dm e t h o di sv a l i d a t e dt h r o u g ht h er e a lt i m e d i g i t a lp o w e rs y s t e ms i m u l a t o r ( r t d s ) t e s ta n da c t u a lo n - s i t et e s tm e a s u r e m e n t so nt h e 110 k v 3 5 k vx i l i ne l e c t r i c i t yd i s t r i b u t i o ns y s t e m1 0 c a t e di nt h es h a n x ip r o v i n c e s h ig u o c h a o ( p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f z h a oc h e n g y o n g k e yw o r d s ：p o w e rq u a l i t y , d e t e c t i o no fh a r m o n i cs o u r c e ，l a b v i e w 声明户明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文谐波源识别的研究及实现，是 本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成 果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学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 明并表示了谢意。 学位论文作者签名：厘! 塾垫日期：翌竺z ：! 三：至。 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：丕! 虱丝导师签名： 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题的背景 第一章引言 在现代社会中，电能是一种广泛使用的能源。随着我国国民经济的蓬勃发展和 电力负荷急剧增长，特别是非线性、冲击性负荷的不断增长，电力电子装置和各种 非线性设备如电力整流设备、电弧炉、大容量调速电机、电气化铁道等的广泛使用， 对供电系统电能质量造成了严重的污染；另一方面，由于科技的发展，出现了越来 越多的性能好、效率高、但对电源特性变化敏感的高科技设备，这些设备对电能质 量的要求越来越高，电能质量的恶化将直接导致严重的经济损失。因此供电系统的 电能质量直接关系到用户和电网的安全经济运行，电能质量问题已经成为供用电双 方十分关注的热点问题。 电能质量问题关系到国民经济的方方面面，特别是涉及到了电力、铁道、冶金、 化工、i t 等诸多行业的发展。据调查资料显示，目前由于电能质量问题而造成的经 济损失已经相当的可观，仅美国每年由于电能质量问题造成的经济损失就高达数百 亿美元。电能质量问题已经成为制约经济发展的一个重要影响因素，合理解决电能 质量问题已成为电力工作者所面临的重要任务【l 也】。 电能质量问题还关系到供用电市场的规范化。电能质量问题的产生原因非常复 杂，它可能来源于供电方的输配电系统，也可能来源于用户端的不合理用电，还可 能来源于雷电等自然现象。对电能质量进行有效地监测，并通过分析找到引起电能 质量问题的根本原因，才会对问题的产生和影响有清楚的认识，才能为电能质量的 改善、供用电双方的协调和供用电市场的规范提供真实依据，以便采取有效的解决 措施。从九十年代初开始，国家质量技术监督局陆续颁布了国家电能质量系列标准， 即电能质量供电电压允许偏差( g b t1 2 3 2 5 2 0 0 3 ) 、电能质量电力系统频率 允许偏差( g b tl5 9 4 5 1 9 9 5 ) 、电能质量公用电网谐波( g b t1 4 5 4 9 19 9 3 ) 、电 能质量电压波动和闪变( g b1 2 3 2 6 2 0 0 0 ) 、电能质量三相电压允许不平衡度 ( g b t1 5 5 4 3 1 9 9 5 ) 和电能质量暂时过电压和瞬态过电压( g b t1 8 4 8 1 2 0 0 1 ) 共六项国家标准 3 _ 8 1 ，把电能质量的监测管理工作纳入了规范化轨道。电能质量标准 的制定和实施，电能质量监督体系的逐步建立，将有助于设备制造厂家提高其设备 与电源系统的兼容性，严格限制对电源系统和其它设备的电磁干扰，对供电部门加 强对电能质量的技术监督，推动改善电能质量的先进技术的应用，保证提供合格的 电能和优质的服务等方面均具有重要意义。 由于电能质量问题的种类繁多，各有其不同的特点，当发生电能质量问题时， 华北电力大学硕士学位论文 有效的找出扰动源，对于明确责任和对电能质量进行治理，具有重要意义【9 。13 1 。目 前对部分电能质量扰动的监测和扰动源的识别还存在一定的困难，其结果是电能质 量扰动原因不明，找不到引起电能质量问题的责任者，导致供电公司和用户之间的 矛盾日益突出，同时也使得改善电能质量，对电能质量进行治理缺少针对性的措施 1 4 - 1 6 1 o 系统中产生谐波的设备即谐波源，是具有非线性特性的设备。当前，电力系统 的谐波源，就其非线性特性而言主要有三大类： ( 1 ) 铁磁饱和型：各种铁心设备，如变压器、电抗器等，其铁磁饱和特性呈 现非线性。 ( 2 ) 电子开关型：主要为各种交直流换流装置、双向晶闸管可控开关设备以 及p w m 变频器等电力电子设备。 ( 3 ) 电弧型：交流电弧炉和交流电焊机等。 这些设备，即使供给它理想的正弦波电压，它取用的电流也是非正弦的，即有 谐波电流源存在。其谐波电流含量基本取决于它本身的特性和工作状况以及施给它 的电压，而与电力系统的参数不大，因而常被看作谐波恒流源。 1 2 课题的研究意义 目前，在供电系统中电能质量问题时有发生，对引起电能质量问题的扰动源进 行定位，具有重要的意义【1 7 。2 们，主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 协调供用电双方的矛盾。如果明确了电能质量扰动的责任方，由电能质 量问题造成的供电公司和用户之间的矛盾就迎刃而解，并有利于提高供电公司的服 务水平和用户的用电质量。 ( 2 ) 有利于解决电能质量问题，提高电能质量。通过对电能质量扰动规律的 探索，供电公司从电能质量事故中总结经验，采取有针对性的措施，改善电能质量。 对公共连接点的干扰性负荷，由于明确了电能质量扰动的责任，有利于用户对干扰 性负荷采取技术和经济措施，促进他们采取必要的方法，将负荷对电网的污染减少 到合理水平。 ( 3 ) 有利于降低电能质量敏感用户的损失。对电能质量敏感的用户，从电能 质量扰动中寻找经验和规律，合理安排生产，降低损失程度。 电力系统中谐波经常发生，危害着电力系统的安全运行，也给电力用户带来了 巨大损失。深入研究谐波发生的原因，对谐波参数进行测量，确定系统中谐波扰动 来源方向，对于明确电能质量扰动的责任，提高电能质量和减少用户损失都具有重 2 华北电力大学硕士学位论文 要的意义。 1 3 本课题的国内外研究现状 现有谐波源识别方法有多种。由于有功功率潮流法比较直观明了，一直得到广 泛的应用 2 1 - 2 5 】。然而文献 2 4 2 5 亦已证明此方法的不合理性，指出谐波源的识别应 由公共耦合点两侧的开路谐波电压源幅值大小决定，而不应当受两侧相角差的影 响。在此基础上，文献 2 6 】提出了叠加法，该方法是在已知系统侧和用户侧参考谐 波阻抗的前提下获得，然而实际应用中很难获得参考谐波阻抗，该法在实际应用中 受到一定的限制。由于电力系统有功功率主要与相角有关，而无功功率则主要取决 于系统电压的幅值，因此文献【2 7 】提出了基于无功功率( q ) 的检测思路，然而该方法 只能在q o 正确，当q o 不能判断。为解决q 0 ，也即见l 足t 。 而由叠加原理， 。2 瓦 瓦l 瓦冬瓦t = 。，即须r l r 丘，可见在此情况下，有功功率法和叠 加原理是一致的，有功功率法是正确的。 一乙 一乙 互+ 互+ 一乙 一乙 肚 眇 华北电力大学硕士学位论文 现在考虑其他情况，为简单起见，这里仅分析等效电路中仅含电抗的情况。有 肚最血扯器m 万 仁 x u + x cx u + xc 一 、1 其中e = x l ，巨= 鼍t 是系统侧和用户侧某次谐波开路电压，艿是系统侧和用户 侧某次谐波电流源的相角差，从此式可以看出有功功率方向取决于艿。而根据叠加 原理向量图，如图2 3 所示 有以下等式成立，其中包为。与t 叩。之间夹角，包为k 与l 一肚之间夹角。 i ：一p c c = i j c c + i ：一p 。- 2 c c c i c p 。c o s 8 c q - 1 2 ) i ：- p c c = 1 2 赋+ i ：睑c - 2 1 , c c i 。- p c i cc o so = q 一13 ) 因此有 。c o s 包= 警 ( 2 - 1 4 ) 。吣= 整瓮生 ( 2 - 1 5 ) 所以有 i 矿一i 叮= q ：一c i ：p c j ip c c q 一1 6 ) 可以看出如果t p 。 i u 一雕，则0 b ，注意到此结论并不仅仅适用于仅含电抗， 而是一个一般性的结论。由 k 2 去i l( 2 - 1 7 ) f c - p c c - - 以。x 十。z ( 2 _ 1 8 ) 若白 0 或t 叫。 l 掣。，即鼍it | kli ，可以看出叠加原理结论并不和万有关。 对仅含电阻的情况，即乙= 咒和z c = r c ，有 。熹毛+ 彘臣 ( 2 - 1 9 ) 华北电力大学硕士学位论文 k = 错 ( 2 - 2 0 ) 从系统侧到用户侧有 分r , ( 5 0 0 t c c ) = ( 纛e + 去蹦糕卜垃俨 ( 2 - 2 1 ) 可见有功功率和万有关。 可以得出这样的结论，有功功率和两侧某次谐波电流相角差万有关，而由叠加 原理两侧的谐波贡献量与两侧的开路电压幅值有关，与相角差无关。 ( 2 ) 既然有功功率和两侧相角差有关，而根据电力系统特性，无功功率和相 角差是弱耦合，和幅值关系较大，试想是否可用无功功率来识别谐波源呢? 系统等效 电路如图2 4 所示，简要论证如下： 、i - e 磊甘一甘司州q e 。丛厶 “ e u 坦审一唧 一j 流向谐波源巨。的无功功率有 q = e 。i s i n 8 = 号( e c o s8 - e ) ( 2 - 2 2 ) 可以看出若q 0 ，一般情况下有x o ，而有ec o s s - 瓦 o ，显然有巨 e ，而当q 0 时，有e 色，此时用户侧为主要谐波源，当q x 2 ，则系统侧电压源幅值较大，当x o 时，系统瘌吸收无功功率，用户侧具有主要的谐波贡献量。 当q 瓦觚，其中k 戤为所有可能的x 的最大值，系统侧为主要的谐波源。 当fc ，i 嘣，其中。为所有可能的x 的最小值，用户侧为主要的谐波源。 当五血 jqf 置眦时，不能得到确定的结论，此时系统侧和用户侧产生谐波贡 献量差不多。 从以上分析可见，该法一定程度上解决了无功功率法的不足，但是该法需要估 计系统和用户侧参考阻抗值，并且认为谐波阻抗在系统中均匀分布，这样在实际中 会带来较大的误差，同时当x 幽 i ql 羔。 而又6 = 罟= 辔= 击一c t g 乡，所以半川懈即。 所以上箬 b c t g o ，同理，若要乞一e u 0 ，有生箬 输入设备 输出设备 图3 1 硬件系统的结构图 图3 1 中的电压传感器使用的是保定市霍尔电子有限公司生产的h e c f 6 磁平衡 电压传感器磁平衡电压传感器实际为一个精密的变电流装置，它把原边电流成比例 的变换为副边电流，用户通过电阻即可取得电压值。具体的接线如图3 2 所示。电路 中，r i l + r i 2 = 2 0 k q ，r 。取4 0 0 q 。驱动电源采用1 5 v 的微机直流电源，r 。的输出 接在直流电源的g r n d 上。 割载 华北电力大学硕士学位论文 图3 - 2 电压传感器的接线图 钳形电流表型号为由哈尔滨三达德电器有限公司生产m g 8 钳形电流互感器。 该产品是一种高精度的交流电流变换器，可以在不断电的情况下对电流进行测量。 其一次输入电流最大量程为1 a 或5 a ，二次输出电流最大电流为2 m a ，钳口直径为 8 m m 。 数据采集卡采用凌华的d a q 2 2 0 6 32 1 。主要电气特性为： 模拟单端输入：6 4 通道；差动输入：3 2 通道。 单通道最大采样率可达2 5 0 k s s 。 1 2 位a d 转换精确度。 具有模拟触发数字触发功能。 具有缓存采集功能，保证在采样速率下不间断的采集数据。 3 2 系统软件设计 电能质量在线监测系统的应用程序设计是基于美国国家仪器公司( n a t i o n a l i n s t r u m e n t s ，简称n i ) 开发的图形化软件l a b v i e w 为开发平台 3 3 。3 7 】，并选择m i c r o s o f t s q ls e r v e r 数据库管理系统保存分析结果。 根据在l a b v i e w 中一个应用程序设计的思想，本系统的软件设计采用递进式 结构，该结构将整个应用程序划分为三个层次。第一层为“主程序层”，由用户界面 和测试执行部分组成；第二层是“测试层”或者“逻辑层”、“中间层”，负责逻辑关系 的验证及相关决策的制定；最底层为“驱动层”，负责与仪器、被测试设备以及其他 应用程序之间通信。程序设计采用三层递进式结构具有如下优点。 ( 1 ) 严格划分各个层次及其功能可以实现程序重用性的最大化。由于每个子 程序都对应明确的应用范围，所以某一具体功能或应用程序可以通过极短时间的判 断后立即被重用。例如，当需要与其它应用程序或仪器进行通信时，可以重用驱动 程序；当必须进行测试时，就可以重用测试程序，用户界面加以修改后同样可以在 不同的应用程序中重用。 ( 2 ) 可以实现程序维护的最小化。当应用程序完成后，维护和修改工作常常 16 华北电力大学硕士学位论文 是很必要的。因此，应用程序的设计应当事先为可能的改变做些考虑，使之更容易 完成，由于三层递进式结构的各个层次截然不同，所以需要修改的子程序的识别和 定位工作异常轻松，进而使修改工作可以得到快速而有效的完成。 ( 3 ) 实现应用程序的抽象化。每一层都能够为其下的层次提供抽象的信息。 驱动层可以抽象出用于仪器通信的模糊指令，并将其交付测试层。主程序层能够通 过简单的易懂的用户界面向子程序以及测量部分提供必要的抽象信息。用户界面也 是隐藏或者掩饰较低层次后的一个抽象应用程序。 图3 3 所示为程序设计的总体结构框图。 r 开始、 1r _ 掣令 j 么 观 i y 闪变在 r 嚣歪 j 圈 线分析 l 波 l 观 。i 、 、 1r ， ，、j n 一 n 僧波ls 线分 ，_ 一 丫 丫 谐波离 线分析 y 1r停止退 一 ii 谐波离j 出 一 l 垡坌堑i 1， i ，r 图3 - 3 识别系统设计的总体结构框图 系统的5 个功能模块互相独立，系统运行时，只有在选择了某一功能模块后， 该功能模块的子程序才被动态被加载到内存运行，这样避免了没有执行的功能模块 程序占据内存空间。当需要修改某一功能模块时，可以单独调试修改： 各功能子结构设计思想： ( 1 ) 参数设置。参数设置模块结构设计思想如图3 4 所示。 1 7 华北电力大学硕士学位论文 图3 4 参数设参数设置模块结构设计框图 当程序执行参数设置功能时，系统首先显示一个从数据库中提取出来的已经设 置的参数，若用户认为所显示的参数不合理，可以分别对相应的参数进行设置，设 置完的参数存入到数据库中，并同时删除原来的参数。 ( 2 ) 谐波在线分析。谐波在线分析模块结构设计思想如图3 5 所示。 图3 5谐波在线分析模块结构设计框图 华北电力大学硕士学位论文 当程序执行谐波在线分析功能时，数据采集卡开始采集数据。当完成3 秒钟数 据采集时，就进行谐波相应参数的分析、处理及谐波源判断。若在线连续运行时， 每3 秒采集数据的分析结果都存入到数据库中，系统硬盘将很快没有存储空间，所 以，设定间隔一定时间后再将分析结果存入到数据库。 谐波离线分析功能模块与在线分析模块相似。不同之处是进行分析的数据来自 于一个木b i n 格式的二进制数据文件。分析结果可以选择“不保存”、“保存到数据库”、 “保存到宰d o e ”文件。 ( 3 ) 闪变在线分析。闪变在线分析模块结构设计思想如图3 6 所示。 图3 - 6 闪变在线分析模块结构设计框图 当程序执行闪变在线分析功能时，数据采集卡开始采集数据。当完成1 0 分钟 数据采集时，就进行闪变相应参数的分析、处理及闪变源判断。并将分析结果都存 入到数据库中。根据实际情况，也可以设定间隔一定时间后再将分析结果存入到数 据库。 闪变离线分析功能模块与在线分析模块相似。不同之处是进行分析的数据来自 于一个木b i n 格式的二进制数据文件。分析结果可以选择“不保存”、“保存到数据库”、 19 华北电力大学硕士学位论文 “保存到木d o c ”文件。 ( 4 ) 历史信息查询。历史信息查询模块结构设计思想如图3 7 所示。 图3 7 历史信息查询模块结构设计框图 谐波信息分为电压谐波信息和电流谐波信息。电压谐波信息有：电压等级名称、 频率、有效值、总谐波畸变率、各次谐波含有率、统计的最大值、最小值、9 5 概 率大值、平均值。电流谐波信息有：电流支路名称、有效值、总谐波畸变率、各次 谐波含有率、谐波源判断、统计的最大值、最小值、9 5 概率大值、平均值。 闪变信息分为电压闪变信息和电流闪变信息。电压闪变信息有：电压等级名称、 有效值、短时间闪变严重度、闪变频率成分、闪变有效值、闪变频率成分幅值百分 比。电流闪变信息有：电流支路名称、有效值、闪变源判断、闪变频率成分、闪变 有效值、闪变频率成分幅值百分比。 功率信息查询结果显示三相总的有功功率、无功功率、视在功率、a b c 各相的 有功功率、无功功率、视在功率、统计的最大功率、最小功率、平均功率。 ( 5 ) 波形观察。波形观察能观察离线波形和在线波形，并且可以选择观察采 样波形( 没有乘变比的波形) 或实际波形( 乘以变比后的波形) 。这种设计思想为 用户观察分析波形提供极大方便。 2 0 华北电力大学硕士学位论文 3 3 研制过程中遇到的问题及解决方法 3 3 1 误差处理 在公共耦合点，测量波形一般从变电站电压互感器、电流互感器得到。电压互 感器的副边额定电压一般都是1 0 0 伏，电流互感器的副边额定电流一般都是5 安， 这样可以通过换算倍率使采集的信号归于统一水平，使非线性度在同一水平下统 计，使得检测更有可靠性。采用s ( t ) = y ( f ) 一1 ，f f l 的计算，从而避免诸如 j ( f ) = ( v ( t ) 一1 ，( t ) ) v t t ) 的统计计算，因为对采样点做除法，容易出现除以0 或接近 0 的数，产生无穷大的值，从而使误差太大。 3 3 2 采集数据丢失处理 在进行r t d s 试验时，发现显示的系统频率不是5 0 h z ，有时出现5 1h z ，5 2 h z ， 甚至5 4h z 。因为在采集测量实验室的实际波形时，尽管实验室的实际波形畸变率 很大，但所测出的系统频率基本是5 0 h z 。对于遇到的这个问题，研究人员首先分析 计算频率的模块是否有问题，在确定没有问题后，就对采集的波形进行观察。谐波 测量的采样频率是1 2 8 k h z ，采集3 秒的数据，每个通道共计3 8 4 0 0 个采样点。从 观察的波形发现，前2 0 0 0 0 个点波形正常，之后，每隔一定点数，波形出现了截断 现象，说明采集数据丢失了。故大大影响频率的测量。通过改换采集卡的型号，解 决了这个问题。 3 4 本章小结 本章对基于l a b v i e w 的谐波源识别系统的总统结构、硬件部分、软件部分进行 了分析和介绍，并对研制过程中出现的问题进行了分析和解决。 2 l 华北电力大学硕士学位论文 第四章谐波源识别的r t d s 仿真调试和现场测试 4 1r t d s 仿真调试 谐波源识别系统在华北电力大学电力系统保护与动态安全监控教育部重点实 验室进行了电能质量在线监测系统装置的r t d s 测试。 该重点实验室2 0 0 5 年底投资近1 0 0 0 万元引进加拿大r t d s 电力系统实时数字 仿真器。引进规模为四个“r a c k ”，现有仿真器最大仿真规模为5 0 机、7 2 个三相节 点系统。r t d s 仿真器具备完善的与外围设备的接口功能，除r t d s 本身具备的输 入、输出口外，还配备了博电系列功放，共可输出1 8 组电压电流信号，其中6 组 可输出2 0 0 安培大电流用于暂态仿真信号输出，可基于r t d s 仿真器灵活构成闭环 控制系统，为电力系统动态过程电磁仿真提供了强有力的手段。 用于电能质量在线监测系统测试的简单电力系统如图4 1 所示，其中母线电压 分别为1 1 0 k v 、3 5 k v 、1 0 k v ，1 至9 支路分别3 5 k v 、1 0 k v 等级电压母线的电流支 路。试验采用2 个电压等级，即3 5 k v 和10 k v 两个等级，在1 至9 支路选取3 个支 路进行测试，针对谐波测量和谐波扰动源定向，分别在测试的三个支路上设置谐波 源、纯电阻负载、电阻电感负载等不同负荷情况进行试验分析。针对闪变测量和闪 变扰动源定向，分别在测试的三个支路上设置谐波源、闪变源( 周期性和近似周期 性) 、纯电阻负载、电阻电感负载等不同负荷情况进行试验分析。 u jl _ 3 嘲t 节l 溉窜 团， q 黟 ，r 、 j 、一_ ， t l 彭箱t 掰l 夸 ：豳r 圈t i l p ” ! 团。 团，一薯- _ 一 ；躅 固一 l i 团 ， 图4 1r t d s 仿真测试示意图 4 。1 1 含谐波源负荷、纯电阻负荷情况 ( 1 ) 仿真模型情况 低压1 0 k v 电流支路1 为谐波源负荷( 整流负荷) ，高压3 5 k v 电流支路1 为纯 2 2 华北电力大学硕士学位论文 电阻负荷。 ( 2 ) 系统参数设置 谐波采样频率：1 2 8 k h z ，谐波一次分析采样时间：3 s ，低压1 0 k v 变比：2 0 5 7 3 高压3 5 k v 变比：7 6 1 96 7 ，支路电流变比：1 0 0 0 ，基本参数设置界面如图4 - 2 所示 线路参数设置界面如图4 - 3 所示。 圈4 - 2 基本参数设置界面 ( 3 ) 测试波形和程序分析结果 1 0 k v 电压、1 0 k v 电流支路1 测试波形如图4 - 4 所示。 1 0 k v 电流支路1 负荷参数计算r 、l 值波形如图4 5 所示 2 3 华北电力大学硕士学位论文 3 5 k v 电压、3 5 k v 电流支路l 测试波形如图4 - 6 所示。 3 5 k v 电流支路1 负荷参数计算r 、l 值波形如图4 7 所示。 * ，鼍# * 1 “i ) 图4 51 0 k v 电流支路1 负荷参数计算r 、l 值波形 图4 73 5 k v 电流支路1 负荷参数计算r 、l 值波形 电压测试结果如图4 - 8 所示。测试结果 1 0 k v 电压：频率5 00 h z ，a 相电压有效值57 k v ，b 相电压有效值57 k v ，c 相电压有效值58 k v ，a 相总谐波畸变率05 b 相总谐波畸变率05 ，c 相总谐 波畸变率o5 。 3 5 k v 电压：频率5 00 h z ，a 相电压有效值2 02 k v ，b 相电压有效值2 02 k v ， c 相电压有效值2 0 l k v ，a 相总谐波畸变率03 ，b 相总谐波畸变率o3 ，c 相 圈4 - 81 0 k , 电压、3 5k v 电压电压测试结果 电流测试结果如图4 - 9 所示。测试结果： 1 0 k v 电流支路1 ：频率5 00 h z ，a 相电流有效值25 k a ，b 相电流有效值25 k a t c 相电流有效值25 k a ，a 相总谐波畸变率2 72 ，b 相总谐波畸变率2 7 1 ，c 相 总谐波畸变率2 72 ，3 5 k v 电流支路1 ：频率5 00 h z ，a 相电流有效值25 k a ，b 相电流有效值25 k a ，c 相电流有效值25 k a ，a 相总谐波畸变率03 ，b 相总谐 波畸变率o3 ，c 相总谐波畸变率03 。 m 喇 * 矗画f 。l 4 i二圈圈 m 。_ i _ _ _ _ bd ：j ：；一2 ； ”，fi ；” 图4 - 91 0 k v 电流支路1 、3 5 k v 电流支路1 电流测试结果 华北电力大学硕士学位论文 功率信息及谐波源测试结果如图4 一1 0 所示。测试结果： 1 0 k v 电流支路1 ：三相有功3 82 m w ，三相无功1 27 m v a r ，功率因数o9 ，非线性 度：09 1 ；3 5 k v 电流支路1 ：三相有功1 5 09 m w ，三相无功o0 m v a r ，功率因数10 ， 非线性度：00 5 。 谐波离燕9 析 图4 1 01 0 k v 电流支路1 、3 5 k v 电流支路1 功率及谐波源测试结果 ( 4 ) 试验结论 测试结果是1 0 k v 电流支路1 是谐波源、3 5 k v 电流支路1 是非谐波源，这与 仿真模型1 0 k v 电流支路1 是谐波源负荷( 某一整流负荷) 、3 5 k v 是电阻负荷一致， 测试结果正确。 41 2 含谐波源负荷、电阻电感负荷情况 ( 1 ) 仿真模型情况 低压1 0 k v 电流支路1 为谐波源负荷( 某一整流负荷) 高压3 5 k v 电流支路1 为电阻电感负荷。 ( 2 ) 系统参数设置 谐波采样频率1 28 k h z ，谐波一次分析采样时间3 s ，低压1 0 k v 变比2 0 5 7 3 1 ， 高压3 5 k v 变比7 6 1 96 7 ，支路电流变比1 0 0 0 。 ( 3 ) 测试波形和程序分析结果 l0 k v 电压、1 0 k v 电流支路1 测试波形如图4 1 l 所示。 2 7 华北电力大学硕士学位论文 l o k v 电流支路1 负荷参数计算r 、l 值波形如图4 1 2 所示 3 5 k v 电压、3 5 k v 电流支路l 测试波形如图4 1 3 所示。 3 5 k v 电流支路1 负荷参数计算r 、l 值波形如图4 1 4 所示 * l * 女* 罔4 - 1 2l o k v 电流支路1 负荷参数计算r 、l 值波彤 + 5 卿：! 鲤! 唧! 图4 1 43 5 k v 电流支路i 负荷参数计算r 、l 值波形 电压测试结果如图4 1 5 所示。测试结果： 1 0 k v 电压：频率5 00 h z ，a 相电压有效值57 k v ，b 相电压有效值57 k v ，c 相电压效值57 k v ，a 相总谐波畸变率o5 ，b 相总谐波畸变率o5 ，c 相总谐波 畸变率0 5 。3 5 k v 电压：频率5 00 h z ，a 相电压有效值2 07 k v ，b 相电压有效值 2 02 k v ，c 相电压有效值2 0 1 k v ，a 相总谐波畸变率o3 ，b 相总谐波畸变率03 c 相总谐波畸变率03 。 图4 - 1 51 0 k v 电压、3 5 k v 电压铡试结果 电流测试结果如图4 1 6 所示。测试结果； 1 0 k v 电流支路l ：频率5 00 h z ，a 相电流有效值25 k a ，b 相电流有效值25 k a ， c 相电流有效值25 k a ，a 相总谐波畸变率2 72 ，b 相总谐波畸变率2 7 1 ，c 相 总谐波畸变率2 72 ，3 5 k v 电流支路1 ：频率5 00 h z ，a 相电流有效值22 k a ，b 相电流有效值22 k a ，c 相电流有效值22 k a ，a 相总谐波畸变率01 ，b 相总谐 波畸变率01 c 相总谐波畸变率0 1 。 * 5 4 j a m - 圈4 - 1 61 0 k v 电流支路】、3 5 k v 电流支路1 测试结果 3 0 华北电力大学硕士学位论文 功率信息及谐波源测试结果如图4 1 7 所示。 1 0 k v 电流支路1 ：三相有功3 81 m w ，三相无功1 27 m v a r ，功率因数0 9 ，非线性 度：o9 1 ：3 5 k v 电流支路1 ：三相有功1 2 1 i m w ，三相无功5 38 m v a r ，功率因数 09 ，非线性度：o 0 6 。 图4 - 1 71 0 k v 电流支路1 、3 5 k v 电流支路1 功率信息及谐波源测试结果 ( 4 ) 试验结论 测试结果是1 0 k v 电流支路1 是谐波源、3 5 k v 电流支路1 是非谐波源，这与仿 真模型1 0 k v 电流支路1 是谐波源负荷( 整流负荷) 、3 5 k v 是电阻电感负荷一致， 测试结果正确。 413 含谐波源负荷、闪变源负荷情况 ( 1 ) 仿真模型情况 1 0 k v 电流支路1 为谐波源负荷( 整流负荷) ，3 5 k v 电流支路1 为闪变源负荷。 ( 2 ) 系统参数设置 谐波采样频率1 28 k h z ，谐波一次分析采样时间3 s ，低压1 0 k v 变比2 0 5 73 1 ， 高压3 5 k v 变比7 6 1 96 7 ，支路电流变比1 0 0 0 。 ( 3 ) 测试波形和程序分析结果 1 0 k v 电压、1 0 k v 电流支路1 测试波形如图4 1 8 所示。 1 0 k v 电流支路1 负荷参数计算r 、l 值波形如图4 1 9 所示。 华北电力大学硕士学位论文 3 5 k v 电压、3 5 k v 电流支路1 测试波形如图4 - 2 0 所示 3 5 k v 电流支路1 负荷参数计算r 、l 值波形如图4 2 1 所示 1 9 * 瘸器霜露露霾霾嚣露黜! 苎刍卿 圈4 之03 5 k v 电压、3 5 k v 电流支路i 测试波形 刮4 - 2 13 5 k v 电流支路1 负荷参数计算r 、l 值渡彤 电压测试结果如图4 2 2 所示。测试结果： 1 0 k v 电压：频率5 00 h z ，a 相电压有效值55 k v ，b 相电压有效值55 k v ，c 相电压有效值55 k v ，a 相总谐波畸变率16 ，b 相总谐波畸变率l6 ，c 相总谐 波畸变率13 ，3 5 k v 电压：频率5 00 h z ，a 相电压有效值1 93 k v ，b 相电压有效 值1 9 4 k v ，c 相电压有效值1 93 k v ，a 相总谐波畸变率，l4 ，b 相总谐波畸变率 14 c 相总谐波畸变率14 。 3 3 华北电力大学硕士学位论文 镕* 2 * 图4 - 2 2 电压测试结果 电流测试结果如图4 2 3 所示。测试结果： 1 0 k v 电流支路1 ：频率5 00 h z a 相电流有效值o9 k a ，b 相电流有效值09 k a ， c 相电流有效值o9 k a ，a 相总谐波畸变率2 69 ，b 相总谐波畸变率2 69 ，c 相 总谐波畸变率2 69 。3 5 k v 电流支路1 ：频率5 00 h z ，a 相电流有效值24 k a ，b 相电流有效值25 k a ，c 相电流有效值25 k a ，a 相总谐波畸变率1o ，b 相总谐 波畸变率11 ，c 相总谐波畸变率1 o 。 ；n _ 华北电力大学硕士学位论文 性度：o8 9 。3 5 k v 电流支路1 ：三相有功1 4 16 m w ，三相无功2 83 m v a r ，功率因 数10 ，非线性度：o5 l 。 * * 9 * 幽4 - 2 4 功率信息及谐波源捌试结果 ( 4 ) 试验结论 通过大量仿真试验，选某一组负荷仿真得出的非线性度结果如表4 - 1 所示，对 线性负荷纯阻、阻感、容性负荷，它们的非线性度很小，为小于o1 左右，理想 情况下应当是0 ，这里是由误差引起的；对非线性负荷如整流负荷、波动性负荷， 根据负荷的具体情况，一般非线性度很大，为大于o1 左右，通过丈量试验，并 根据误差情况，阚值t = o1 是一个比较明显的分界线，当 卢1 时，负荷是线性负荷。 2 r 时负荷是谐波源，越太，意味着对公共母线同一负荷容量下负荷谐波 贡献量越大。 表4 - 1 非线性度统计表 42 现场测试 2 0 0 6 年1 1 月2 9 日至1 2 月8 日在山西省阳泉电力公司西岭变电站，进行了现 场测试，测试情况如下： 二个电压等级1 1 0 k v 和3 5 k v 变比分别为1 1 0 k v 1 0 0 v 和3 5 k v l o o v 。】i o k v 华北电力大学硕士学位论文 电流支路：西岩线( 1 9 7 ) ( 电气化铁路) 变比4 0 0 5 。3 5 k v 电流支路：九洲线( 3 2 3 ) 变比 3 0 0 5 。 ( 1 ) 参数设置 按上