（电工理论与新技术专业论文）配电网谐波源的定位.pdf

山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，m a n ya t t e n t i o n sh a v eb e e nf o c u s e do nt h ep o w e rq u a l i t yd u et ot h e w i d eu s eo fp o w e re l e c t r o n i c sa n dd u et ot h ei n c r e a s i n gn o n l i n e a rl o a d si np o w e r s y s t e m h a r m o n i ch a sb e c o m ea ni m p o r t a n te l e m e n to fi m p a c t i n gp o w e rq u a l i t yi n p o w e rs y s t e m ，a n dt h ei d e n t i f y i n ga n dl o c a t i o no ft h eh a r m o n i c s o u r c e sa r et h e n e c e s s a r yt a s kf o rt h ed e t e c t i o na n dm a n a g e m e n to ft h eh a r m o n i c s t od e t e r m i n e w h e t h e rh a r m o n i cs o u r c e se x i s ti nt h el o a di so fe s s e n t i a li m p o r t a n c ef o ri m p r o v i n g a n dm a n a g i n gt h ea f f e c to ft h eh a r m o n i c so np o w e rs y s t e m i nt h i sp a p e r , t h el o c a l i z a t i o na n dd e t e c t i o nm e t h o d so fh a r m o n i cs o u r c e si np o w e r d i s t r i b u t i o nn e t w o r ka r es y s t e m a t i c a l l yd e s c r i b e d ；a n dt h e i ra d v a n t a g e s a n d s h o r t c o m i n g s a r ea l s oa n a l y z e d a d d i t i o n a l l y , b a s e do nt h ep a r t i a ll e a s t s q u a r e s r e g r e s s i o nf o ra s s e s s i n gh a r m o n i ci m p e d a n c ea n dt h eh a r m o n i ce m i s s i o nl e v e l ，a n d e m p l o y i n gb o t hg p s ( g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m ) a n dp m u ( p h a s em e a s u r e m e n tu n i t ) t e c h n i q u e s ，am e t h o do fi m p r o v i n gt h em o n i t o r o ft h eh a r m o n i ci nr e a lt i m eh a sb e e n p r e s e n t e d t h i sm e t h o dc a nb eo u t l i n e da st h ef o l l o w i n ga n a l y s i ss t e p s f i r s t ，t h e t h e v e n i ne q u i v a l e n ta n dn o r t o ne q u i v a l e n ta r e ，r e s p e c t i v e l y , u s e df o rt h es y s t e ma n d t h ec u s t o m e r , a n dt h a nt h er e g r e s s i o ne q u m i o n sc a nb eo b t a i n e df r o mt h es y s t e m p a r a m e t e r s s e c o n d l y , h a r m o n i cv o l t a g ea n dh a r m o n i c c u r r e n ta r es y n c h r o n o u s l y m e a s u r e db yu s i n gg p sa n dp m ut e c h n i q u e s ，t h er e g r e s s i o nc o e f f i c i e n t s a r e c a l c u l a t e db ym e a n so ft h e p a r t i a ll e a s t - s q u a r e sa l g o r i t h m ，a n d t h eh a r m o n i c i m p e d a n c eo ft h es y s t e mi st h e r e f o r eg i v e nw i t ht h eu s eo ft h ec a l c u l a t e dr e g r e s s i o n c o e f f i c i e n t s f i n a l l y , t h eh a r m o n i ce m i s s i o nl e v e lo ft h ec u s t o m e ra n dt h es y s t e m b a c k g r o u n dh a r m o n i cc a nb eo b t a i n e d a c c o r d i n gt o t h ep r e s e n tm e t h o d ，t h e c o r r e s p o n d i n gm o d e li s c o n s t r u c t e da n dt h es i m u l a t i o n sh a v eb e e nc a r r i e do u t ， i n d i c a t i n gt h a tt h ep r o p o s e dm e t h o di sf e a s i b l ef o rm o n i t o r i n gt h eh a r m o n i c si n r e a l t i m ei np o w e rd i s t r i b u t i o nn e t w o r k k e yw o r d s ：p o w e rq u a l i t y ；h a r m o n i cs o u r c e s ；g p s ；p a r t i a ll e a s t s q u a r e sr e g r e s s i o n i i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论支作者签名：鼬 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本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、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：堡亟面导师签名： 山东大学硕士学位论文 1 1 选题背景和研究意义 第一章绪论 电能既是一种经济实用、清洁且容易传输、控制和转换的能源形态，又是一 种由电力部门向电力用户提供，并由供、用双方共同保证质量的一种特殊商品【。 因此，它同其它商品一样，无疑也要讲求质量。随着国民经济的快速发展以及电 力市场的逐步形成，电能质量问题在许多国家己经引起了电力部门和用户的广泛 关注【2 ，引。我国的电力市场己逐步开始实施，随着电力市场的不断完善，电力部 门不仅要满足用户对电力数量不断增长的需求，还必须满足较高电能质量的要 求，为用户提供安全、可靠、而且清洁的电力能源成为电力部门获利经营的先决 条件，也是实现良好的社会效益的唯一手段。然而电能质量与一般产品质量不同， 有如下特点1 4 j ： ( 1 ) 电力系统的电能质量始终处在动态变化中。电能从发电生产到用户消耗是 一个整体，电能量的流动始终处于动态平衡之中，并且随着电网结构的改变和负 荷的变化，不同时刻、不同公共连接点，电能质量现象和指标往往是不同的，也 就是说整个电力系统的电能状态始终处在动态变化中。 ( 2 ) 电力系统是一个整体，其电能质量状况互相影响。电能不易存储，其生产、 输送、分配和转换直至消耗几乎是同时进行的。很显然，在电力系统运行过程中 劣质电能是不可能更换的。电气连接将供用电双方构成了一个整体，不论哪个环 节引起电能质量问题，质量一旦达不到标准要求，都会对相关配电网络与设备及 电力用户的正常运行构成威胁。许多情况下，电力系统中的某一实体往往表现为 既是电能质量的破坏者，同时也是劣质电能质量的受害者。 ( 3 ) 电能质量扰动的潜在危害与广泛传播。虽然电产品的基本形式简单，但其 质量扰动的现象是多种多样的，事故的诱发条件比较复杂，电能质量下降造成的 对电力系统和用电设备的损害有时并不立即显现，其危害与影响具有潜在性。另 一方面，由于电力线为扰动提供了最好的传播途径，传播速度快，电气环境污染 涉及面积大，影响域广，其结果可能会大大降低与其相连接的其他系统或各设备 的电气性能，甚至使设备遭到损坏，可见劣质的电能的危害与影响具有快速传播 山东大学硕士学位论文 性。 ( 4 ) 有些情况下用户是保证电能质量的主题部分。当电网传输电能作用于用电 设备时，很有可能会受到来自于用户反作用的影响。因此，在某些质量问题的起 因上，电能质量的下降更多的是受到使用者的影响，而不在于电力生产或者供应 者。 ( 5 ) 对电力系统的电能质量指标进行综合评估非常困难，一般而言，电力系统 的运行过程中电能质量的各项指标接近系统的标称值，就可以认为电能是达到标 准要求的。但是当电能质量的多个指标共同作用在一个系统中时，其不同的组合 结果对电力系统运行的不利影响和对电气设备性能的降低，甚至损坏都是十分复 杂的问题，加之不同电气设备在不同条件下对电压干扰的敏感度不同。因此如何 给出综合的技术与经济的评价仍然是非常困难的，目前尚无一个标准的和普遍认 可的定量综合评估计算方法。 ( 6 ) 控制和管理电力系统电能质量是一项系统工程。从整个电力系统来讲，保 证优质电力生产和用户安全使用还要靠多方共同努力。因此要求设备制造商、电 力部门、电力用户、标准制定部门、监督管理部门等协同合作，达成共识，制定 统一的和可操作的适度质量标准和单独的供电质量协议，按照电力用户对电能质 量的不同要求实行分级控制和质量达标。只有这样才能实现技术与经济的综合优 化，做到电能质量的责任与义务清晰，保护共享的电气环境，共同获得最大的生 产效率和经济利益。可以说，如何认识、控制和管理电能质量是一项系统工程。 另外需要注意到，由于看问题的角度不同，在导致电能质量下降的原因和责任上， 供用电双方还存在很大的分歧。例如，配电系统普遍采用和经常遇到的电容器投 切操作，有可能引起暂态过电压而损坏用户设备，也可能造成用户设备掉电，此 时用电方会简单抱怨供电质量太差，以至于投诉。又如，当电网某处发生短路故 障，很可能在一些负荷公共连接点出现不同程度的短时电压暂降，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，供电方可能会认为对该工厂的电力供应是正常的。再如，由于用户电气设备 硬件老化、软件不成熟或者控制系统不可预知的错误动作等等，可能引起故障而 使电能质量受到影响。有文献报道，美国乔治动力公司曾组织和实施了一项对电 力部门和供电部关于电能质量问题起因的测验调查。虽然对电力市场的质量调查 2 山东大学硕士学位论文 还存在分类方法上的不同，但是调查数据清楚表明，电力公司和电力用户对电能 质量问题起因的看法有很大的分歧。尽管双方都把三分之二的事件起因归咎于自 然现象( 如雷电等) ，但用户仍然认为电力公司在这方面应负的责任比起自我测评 结果大得多。从中也可看到，引起电能质量问题的原因有时是多方面的，因此不 能简单地把某一事件只用一种特殊的起因联系起来。 随着电力市场的快速发展，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，因此为了控制公用电网中的谐波污染， 目前国际上提出了一种“奖惩性方案，【5 1 。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谐波功率的情况下，系统应当给予一定的补偿和鼓 励。 这种奖惩性的供电方案，可以体现出系统和用户对电能质量状况的共同责 任，能够对电能质量进行合理的控制，但是这种方案还有很多的问题需要解决， 目前技术方面主要有两个难点： ( 1 ) 合理地分清用户和系统对公共连接点电能质量恶化的责任，并且能量化用 户的污染功率。 ( 2 ) 合理地解决在系统运行方式变化的情况下，用户对谐波注入功率发生变化 应负的责任。 但是，在复杂的配电系统中，除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，因此通过对公共连接点的 测量，寻找一套准确的、实用的对配电系统的谐波源定位和检测与用户谐波发射 水平估计方法，制定一套反映系统和用户对公共连接点谐波污染责任的指标，将 是当务之急。 综上所述，随着国民经济和电力市场的快速发展，寻找一套准确且适用的 系统谐波阻抗与用户谐波发射水平评估方法十分重要。 山东大学硕士学位论文 1 2 国内外研究动态 电能质量问题并不是一个新的课题，早在6 0 年代，国外就已经开始认识到电 能质量的重要性，并着手从事有关课题的研究。i e e e 和l 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，随着各种电力电子装置与非线性用电设备在国民经济各部门广泛应 用，电力系统特别是配电网中的谐波污染日益严重，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( i e 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。 目前，各国在电能质量问题的研究方面，取得了一些进展，但仍有很多问题 难以解决或达成共识。其中较为突出的问题有：电能质量的定义及以此为基础的 电能质量等级的划分；对各瞬时变量的实时检测及有效补偿；为改进电能质量问 题，电站、用户及装置生产厂家之间的合作与协调：合理的电能质量评估体系的 建立等。为解决这些难题，科研工作者通过不懈的努力，对一些问题提出了独到 的见解，研制出一些新型试验装置。日本、美国、德国等发达国家投入运行的试 验装置己取得了预期的效果。 近年来，基于数字技术的各种分析方法己在电能质量领域中得到应用t ( 1 ) 分析谐波在网络中的传播； ( 2 ) 自动识别在复杂系统中的电能质量扰动类型； ( 3 ) 开发各种电能质量监测控制装置； ( 4 ) 分析它们在解决电网电能质量问题方面的作用等。 在电力市场条件下，用户与供电企业都在追求自己的最大利益。传统的电力 企业管理将供电质量和供电部门可靠性分开来进行指标统计，分属不同的部门归 口管理。电力的高质量、高可靠性也没有作为电价的参考因子，在电力市场建立 的过程中，目前的电价组成会受到来自市场规律的挑战。从英国、美国、法国、 日本等电力发达国家的经验来看，对供电质量和可靠性有不同要求的同一电压等 级用户其电价是有差别的。这就要求电力企业在制定电价和收费时需要参考供电 质量和可靠性的数据。而要求高质量供电的用户几乎也是要求高可靠性的用户， 4 山东大学硕士学位论文 要求高可靠性的用户几乎也是要求高质量供电的用户，在电力市场中，电力作为 一种商品，其质量的标准就由市场自动定义，包括了目前传统的供电质量和供电 可靠性指标。我国目前电能质量国家标准中尚无明确的将供电可靠性纳入其中， 这将会给电力作为商品进行供方评价时给用户带来标准概念的模糊，从一定程度 上会影响电力企业的服务效果。完善和健全电力作为商品的质量标准，将使对电 力供应条件苛刻的用户得到想要的电力供应，电力企业也从电力市场的价格上得 到相应的回报。 谐波管理也是电能质量管理的一个方面。开展谐波治理是进行谐波管理的一 个重要环节。1 9 8 8 年，我国为加强电力系统电能质量管理工作，曾颁布执行了电 网电能质量技术监督管理规定，提出了“谁干扰，谁污染，谁治理”的原则，但 是目前谐波治理过程中遇到谐波超标的用户不进行谐波治理的问题，电能质量管 理部门依然无法很好的解决。因为缺乏进一步实行惩罚性的依据，通常电能质量 管理部门只好下一个“限期整改通知单”，但用户依然拒绝治理，就使电能质量管 理陷入两难境地。在国家尚未对有关谐波超标如何罚款或停电治理的情况下，为 了避免发生和谐波超标的用户发生争执，在用户供电以前进行谐波源评估工作显 得相当重要。一些供电容量较大的专线供电客户，在其供电前，电能质量管理部 门参与相关变电工程的规划或设计审查，对其进行谐波源评估工作，一方面为客 户提供谐波治理的依据，另一方面也免去了不少必要的麻烦。同时，对于已经投 入或是即将投入的谐波发射用户，也应该按照其产生谐波对系统谐波污染的不同 情况予以相应的评估，并给予的相应的奖励或者惩罚【6 】。 谐波源定位的实质是检测系统和用户侧对公共耦合点谐波电流和电压进行 研究。如果系统侧影响较大，则视其为主要谐波源，反之，则视用户侧为主要谐 波源。自从“奖惩性方案”的观点提出后，特别是h e y d tgt 的谐波潮流的逆问题 的论文发表后，国内外的科技工作者在这方面做了许多深入的探讨。 1 , 3 本文主要工作 本文首先概述了谐波的产生、分类、主要危害和影响以及谐波监督管理的重 要意义，然后对现有的配电网中谐波源定位与检测方法的优点与不足进行了概括 和总结，并在此基础上采用了基于偏最小二乘回归的系统谐波阻抗及用户谐波发 山东大学硕士学位论文 射水平的估计方法。具体内容有： ( 1 ) 对现有配电网中谐波源定位与检测方法的优缺点进行总结。通过对这些方 法的深入研究，采用偏最小二乘回归算法对配电网中谐波源进行定位与检测，使 电力系统数据建模有了新思路。 ( 2 ) 对基于g p s 的同步相角测量技术进行了简要介绍，根据相角测量的特点， 分析了相角测量在谐波状态估计中的应用以及一些需要注意的问题。 ( 3 ) 根据电力系统侧与畸变侧进行等值变换的模型，本文运用了基于偏最d x - - 乘回归的系统谐波阻抗及用户谐波发射水平的评估方法。在公共连接点，利用 g p s 和p m u 单元，同步测得谐波电压和谐波电流信号，通过偏最小二乘回归算法 求解回归系数；利用对系统中数据信息进行分解和筛选的方式，提取对因变量解 释性最强的综合变量，辨识系统中的信息与噪声，从而更好地克服变量相关性在 系统建模中的不良作用。由回归系数映射出系统谐波阻抗，并跟踪计算用户的谐 波发射水平。 ( 4 ) 在理论分析的基础上，进行了相应的仿真验证。 6 山东大学硕士学位论文 第二章谐波问题概述 2 1 配电网中谐波的产生 电力系统简化电路如图2 1 、图2 2 所示。发电机为正弦电压源，经系统阻 抗尺。+ 供电给由变流器控制的电阻负荷。基波潮流的等值电路如图2 1 所 示。发电机提供的基波功率为名。，负荷功率为毋。，变流器消耗的功率为e ，线 路损耗为e 。只。中的一部分将换成谐波功率。图2 1 的功率关系可表示为 名l = 只l + p c l + 另i ( 2 1 ) 谐波潮流等值电路如图2 2 所示。因为发电机为正弦电压源，只提供基波功 率，所以在谐波网络中，发电机相当于一个谐波阻抗，而变流器则成为谐波源。 基波功率e 。在变流器中一部分转换成谐波功率。此谐波功率作为谐波源，分别 送入系统和线路，产生谐波功率厶，己，圪，用下式表示： l = 匕- 4 - 岛+ 兄 ( 2 2 ) g r s l + j ( s l p c c 变流器 图2 1 基波潮流等值电路 7 山东大学硕士学位论文 图2 2 谐波潮流等值电路 p c c 为公共连接点 从以上分析的谐波潮流情况看，配电系统中会出现下列几种情况： ( 1 ) 畸变波电源供线性负载。这时基波电能和部分谐波电能将流用户，后者使 用电设备性能变坏，因此，用户不但多交电费且设备受到损失。 ( 2 ) 电源为正弦波，用户为非线性负荷。后者要产生谐波功率，将有一部分倒 流入电源及其他用户。此时，该用户已成为电网的污染源，且少交电费，这对供 电方是不公平的。 ( 3 ) 畸变波电源供非线性负荷。这种情况比较复杂。除基波电流流入负荷外， 不同谐波电流的流向不同，既有可能流入负荷，也有可能倒流回电网。 2 2 谐波源的分类 作为谐波源，非线性设备可以被划分为如下几类： ( 1 ) 传统非线性设备，包括变压器以及电弧炉等。 ( 2 ) 现代电力电子非线性设备，包括荧光灯，在工业界和现代办公设备中广泛 使用的电子控制装置和开关、电源、晶闸管控制设备等。 这里，将简述这些设备产生谐波的基本情况。 1 ) 变压器 电力变压器是一种谐波源设备，由于经济原因，变压器所使用的磁性材料通 常在接近非线性或就在非线性区域运行。在这种情况下，即使所加的电压是正弦 的，变压器的励磁电流也是非正弦的，因而包含谐波( 主要是3 次谐波) 。同样， 如果励磁电流是正弦的，则电压就是非正弦的。 在三相变压器中，三角形联结或不接地星形联结使得零序的3 倍次谐波电流 8 山东大学硕士学位论文 不能流通。 2 ) 旋转电机 旋转电机的线圈被嵌入槽中，由于这些线槽不可能严格按正弦形分布，从而 使得产生的磁动势是畸变的，因此，旋转电机也被认为是谐波源。但是，在三相 电机中线圈的布置方式被用来减少5 次谐波和7 次谐波。另外，大型发电机通常 是通过三角形联结的变压器接入电网的，因而阻断了3 次谐波的流通。一般来说， 由旋转电机产生的谐波与其他谐波源产生的谐波相比，是可以忽略不计的。 3 ) 荧光灯 在荧光灯中，每隔半个周波电压被建立起来直到荧光灯被点亮，点亮状态下 荧光灯呈负电阻特性，其电流由感性的非线性镇流器来限制，因此，电流是畸变 的。另外，当前使用的电子镇流器产生的谐波类似于过去使用的老式线圈镇流器， 但有时也有所不同。 4 ) 静止无功补偿器 静止无功补偿器是一种平衡的三相设备，它用晶闸管来控制并联电容器或并 联电抗器每半个周波中的导通时间，以便将终端电压维持在一个给定值。因此， 它会产生非正弦的斩波电流。 5 ) 变频器 变频器是一种频率可变的交流电动机驱动器，它由两个三相桥组成，但输出 是单相的，它将较高频率的交流电能变换成较低频率的交流电能。在输入频率为 5 0 h z 时，变频器的输出功率可以在o 1 0 h z 之间变化。由变频器驱动的大型低 速同步电动机的速度可以在0 1 5 r m i n 之间连续变化。 6 ) 单相可控整流器 对于单相可控整流器，如果负荷是电池，则该整流器就叫做充电器。如果负 载是直流电动机，该整流器就是直流电动机的驱动器，它可以通过调节晶闸管的 触发角0 【来控制电动机的端口电压，从而控制电动机的反电动势和转速。 7 ) 三相电力变流器 三相电力变流器产生谐波是由于直流电流在交流三相之间不断的换相引起 的。这种变流器因从电网中获得必须的换相电压而被称为电网换向变流器。 9 山东大学硕士学位论文 2 3 谐波的危害和影响 电力系统中谐波的危害是多方面的，概括起来有以下几个方面： 1 对供配电线路的危害 ( 1 ) 影响线路的稳定运行一供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电 磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护，它们容易受谐波影响， 产生误动或拒动。这样，谐波将严重威胁供配电系统的稳定与安全运行。 ( 2 )影响电网的质量一电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形发生畸 变，从而降低电网电压，浪费电网的容量。 2 对电力设备的危害 ( 1 ) 对电力电容器的危害一当电网存在谐波时，投入电容器后其端电压增大， 通过电容器的电流增加得更大，使电容器损耗功率增加，使电容器异常发热，在 电场和温度的作用下绝缘介质会加速老化。在谐波严重的情况下，还会使电容器 鼓肚、击穿或爆炸。 ( 2 ) 对电力变压器的危害一谐波使变压器的铜耗增大，谐波还使变压器的铁耗 增大。由于以上两方面的损耗增加，因此要减少变压器的实际使用容量。除此之 外，谐波还导致变压器噪声增大，有时还发出金属声。 ( 3 ) 对电力电缆的危害一由于谐波次数高频率上升，再加之电缆导体截面积越 大趋肤效应越明显，从而导致导体的交流电阻增大，使得电缆的允许通过电流减 小。 3 对用电设备的危害 ( 1 ) 对电动机的危害一谐波对异步电动机的影响，主要是增加电动机的附加损 耗，降低效率，严重时使电动机过热。尤其是负序谐波在电动机中产生负序旋转 磁场，形成与电动机旋转方向相反的转矩，起制动作用，从而减少电动机的出力。 ( 2 ) 对低压开关设备的危害一全电磁型的断路器；热磁型的断路器；电子型的 断路器，都可能因谐波产生误动作。 ( 3 ) 对弱电系统设备的干扰 4 影响电力测量的准确性一特别是电能表( 多采用感应型) ，当谐波较大时 将产生计量混乱，测量不准确。 5 谐波对人体有影响一从人体生理学来说，人体细胞在受到刺激兴奋时， 1 0 山东大学硕士学位论文 会在细胞膜静息电位基础上发生快速电波动或可逆翻转，其频率如果与谐波频率 相接近，电网谐波的电磁辐射就会直接影响人的脑磁场与心磁场。 2 4 电网谐波的治理 从市场经济的商品质量这个普遍意义上讲，了解谐波污染问题，改善电能质 量是必不可少的。改善电网谐波状况的意义可简要概括为以下几点： ( 1 ) 是电力系统安全( 包括用户设备的用电安全) 、稳定、经济运行的必要条件， 是电网运行水平高低的重要标志，同时也是电力企业用电管理水平考核的重要指 标。 ( 2 ) 是提高国民经济总体效益、用电效率( 节能、降损) 和改善电气环境，以及工 业生产可持续发展的技术保证。 ( 3 ) 是面向电力市场、适应竞争机制强有力的手段。 ( 4 ) 通过建立和健全电能质量的全面管理，保障各行业的正常用电秩序，为千家 万户提供信得过的产品。 随着电能质量标准的制定和实施，电能质量监督管理法规体系的逐步建立， 必将大大促进设备制造厂家提高其设备与电源系统的兼容性，在促进电力用户在 提高产品生产率、使用高性能设备的同时，严格限制对电源系统和其他设备的电 磁干扰，并且促使供电部门加强电能质量的技术监督与电网的运行管理，采用先 进的技术措施，推动电能质量的监测与控制的研究和开发，保证提供合格的电能 和优质的服务。 2 5 谐波源识别的几种方法 谐波源定位可以分为两种情况【7 ，8 】。一种是把系统分成两侧，即供电侧 ( u t i l i t y ) 和用户侧( c u s t o m e r ) ，然后根据相应的等效电路模型，确定出是主谐波 源的一侧，称之为基于等效电路模型的定位法【7 】。根据不同的定位依据，又可以 分为功率定位法，阻抗定位法，灵敏度定位法。另一种就是对整个系统网络用谐 波状态估计的方法，计算出系统各个节点的谐波电压以及支路的谐波电流，从而 判断哪条支路上含有谐波源【8 】。根据选取状态变量的不同，可以分为谐波电压状 态估计定位和谐波电流状态估计定位，根据不同的量测量的选取，可以分为功率 山东大学硕士学位论文 量测、电压量测、电流量测【9 j 。 多年来，对于基于等效电路模型定位法，基本结构都是单相模型，假设条件 是系统运行在三相平衡的状态下；对于基于谐波状态估计的定位法，基本结构是 单相单频率非同步模型，量测量为有功功率p 、无功功率q 、谐波电压u ，假设条 件是所有的电压、电流的频率固定，波形是理想正弦波；系统运行在三相平衡状 态，系统网络是只有正序的三相对称系统【7 j 。 无论是采用等效电路模型定位法，还是基于谐波状态估计的定位法，又分为 定性估计和定量估计方法。下面将以此分别进行介绍和分析。 2 5 1 谐波源的定性估计法 2 5 1 1 基于等效电路的定位法 ( 1 ) 基于有功功率的方法 基于有功功率方法也是应用较为广泛的谐波源检测方法之一。这种方法的思 路比较直观，常用的诺顿等效电路如图2 3 所示。 图2 3 谐波源的诺顿等效电路 图中，t 和l 分别是系统侧和用户侧的谐波电流；z 。和z 。分别是系统侧和 用户侧的谐波阻抗。p c c 点的谐波电压始终为正，则谐波源检测的主要根据是 两侧谐波电流对p c c 点波形畸变的影响，i ，。z 。i i i c z 。i 时，意味着系统侧为主 要谐波源；反之则用户侧为主要谐波源。也就是说谐波源的检测不应当受到两侧 相角差的影响【10 1 ，而只取决于p c c 点两侧的开口谐波电压源的幅值。 假定功率正方向定义为从系统侧到用户侧，则p c c 点的某次谐波源有功功 率p 为 1 2 山东大学硕士学位论文 尸= 瓦s 口= 争s i n 艿 ( 2 3 ) 当p 0 时，系统侧发出较多的谐波功率，认为系统侧为主要谐波源；反之 用户侧为主要谐波源。 ( 2 ) 基于无功功率的方法【1 1 】 将图2 3 转变为图2 4 所示的戴维南电路。此时，z = z c + 乙，e 。= ，。z c ， e 。= ，。z 。令e 。的相角为0 ，e 的相角为6 ，则谐波源检测问题转变为系统侧 电压e 和用户侧电压e 。的电压幅值比较问题。很明显，电力系统的有功功率主 要与相角有关，而无功功率主要取决于系统电压的幅值。 z = 7 p + z u a c e 么。 图2 4 谐波源的戴维南等效电路 文献 1 5 提出基于无功功率q 的检测思路可表为 f q = 色i s i n 0 = 鲁( ec o s 8 一色) ( 2 4 ) l 由上式可知，无功功率的正负不仅与电压幅值有关，而且与综合阻抗z 有 关：基波情况下，实际的综合阻抗z 一般为正值，但在谐波情况下出现负值的 比率较高。若假定z 为正，且q z 2 ，则系统侧电压源幅值比较大，反之用户侧电压 源幅值较大。 理论上，该方法既解决了谐波有功功率方法的原理性