CN104833935A - 一种针对有功功率方向法定位谐波源局限性的检验方法 - Google Patents

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侯洁
孙建坡
樊新梅
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Abstract

本发明公开了一种针对有功功率方向法定位谐波源局限性的检验方法,具体涉及到电力系统中谐波源的检测与定位,能够直观清晰地反映出有功功率方向法在谐波源定位应用中的局限性,该方法在建立仿真模型的基础上,依次完成了设置公共连接点、检测谐波电压和电流、数据整理和分析、编程绘制曲线和验证有功功率方向法受相角差影响的局限性。该方法能够很好地检测公共连接点处的谐波电压和电流,同时直接有效地验证了有功功率法定位谐波源时的局限性,仿真结果清晰直观,为进一步提出更完善的谐波源定位方法提供了理论指导,因此,在谐波源检测领域具有很好的借鉴作用。

Description

一种针对有功功率方向法定位谐波源局限性的检验方法
技术领域
[0001] 本发明属于电能质量技术领域,特别涉及一种针对有功功率方向法定位谐波源局 限性的检验方法。
背景技术
[0002] 近年来,随着电力电子设备和非线性负载的增加,谐波的危害日益严重,电能质量 中的谐波污染问题引起供、用电双方越来越多的关注。因此,需要对谐波源进行检测和定 位,这也是定量估计用户侧谐波发射水平、实施奖惩管理的基础。
[0003] 目前应用的谐波源辨识技术尚不成熟,常见的包括有功功率方向法、无功功率方 向法、临界阻抗法、基于谐波状态估计法等。有功功率方向法根据功率的方向辨识主要谐波 源位置,但在实际应用时会受到两侧电压源相角差的影响,导致该方法定位不够准确。
[0004] 针对有功功率方向法定位谐波源局限性的检验方法,运用MATLAB软件平台搭建 了模型并进行了仿真计算,实现了谐波功率测量,通过分析数据和曲线,有效地验证了有功 功率方向法定位谐波源的局限性。该方法模型简单,操作便捷,容易获得功率-相角差的变 化曲线,适用于一定相角范围内的谐波源定位,为工程实践提供了参考。
发明内容
[0005] 为了解决现有的有功功率方向法定位谐波源存在局限性的问题,本发明提供一种 基于仿真模型的、针对有功功率方向定位谐波源局限性的检验方法。本发明能够有效地显 示用有功功率方向法定位谐波源的有效相角范围,正确地检验出该方法的局限性。
[0006] 本发明解决其技术问题所采取的技术方案包括以下步骤:
[0007] 1.根据有功功率谐波源定位方法的辨识原理,合理设置谐波源参数并搭建仿真模 型;
[0008] 2.根据谐波源定位和检测要求,选取公共连接点(PCC)作为监测点,测量PCC处的 谐波电压和谐波电流,并计算谐波功率:
[0009] p=Rc({//,(^=//,") (1)
[0010] 式中,表示在PCC点测得的谐波电压和谐波电流相量,有功功率P表示 二者乘积的实部分量。
[0011] 功率的正方向定义为从系统侧流向用户侧,若P>〇,说明系统侧为主谐波源,对 PCC点的谐波畸变贡献更大。若P〈0,则说明用户侧为主谐波源。该方法实际操作和判别均 直观简单,但存在一定的局限性;
[0012] 3.依据定位判据表达式,分析该方法的局限性,采用控制变量法对所得测量数据 进行整理;
[0013] 4.编写程序,对整理后的谐波数据进行仿真,得到有功功率方向法定位判据随相 角差变化的仿真曲线;
[0014] 5.分析比较仿真曲线与理论推导,完成针对有功功率法定位谐波源局限性的检 验。
[0015] 本发明的有益效果在于:
[0016] 1)通过在公共连接点(PCC)的谐波电压及电流数值得出谐波有功功率的数值大 小,据此判断出两侧谐波源对PCC点谐波畸变贡献较大的一方,该方法操作便捷,实用性 好,能够直观地定性辨识主谐波源位置;
[0017] 2)通过分析编程所得的仿真曲线,可以清晰显示出用有功功率方向法定位谐波源 的有效相角范围及无法得出正确定位结论的相角范围,有效地验证了该定位方法受相角差 影响的局限性;
[0018] 3)观察图4曲线可知,相角差的有效判定范围呈周期性变化,较好地体现了该谐 波源定位方法在实际应用中的规律和参考价值。
附图说明
[0019] 图1是本发明检验有功功率方向定位谐波源方法局限性的方法流程图;
[0020] 图2是本发明依据的戴维南等效电路图;
[0021] 图3是本发明提供的有功功率方向法定位谐波源的仿真模型图;
[0022] 图4是本发明提供的有功功率方向法受相角差δ影响的仿真曲线图;
具体实施方式
[0023] 下面根据附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0024] 参见图1,图1为检验有功功率方向定位谐波源方法局限性的方法流程图。首先要 掌握有功功率方向法定位谐波源的原理,根据原理,在模型中选取适当的监测点来测量所 需的谐波数据。然后对模型元件设置适当的参数,使辨识过程简单清晰。运行仿真,获取所 需的谐波数据,为检验该定位方法局限性奠定基础。最后,利用谐波数据编程并绘制仿真曲 线,观察曲线,得出该定位方法存在易受相角差影响的局限性的结论。
[0025] 参见图2,图2为戴维南等效电路图。系统侧谐波电压源记为Eu,取相角为0作为 参考。用户侧谐波电压源记为E。,取相角为δ。Z u和Z。分别表示系统侧和用户侧等效谐波 阻抗。V、I表示流经PCC点的谐波电压和谐波电流,Θ是谐波电压和谐波电流的阻抗角, S为两侧电压源相角差。根据图2,可得谐波有功功率的表达式:
Figure CN104833935AD00041
[0027] 参见图3,图3为有功功率方向法定位谐波源的仿真模型图。搭建仿真模型时,首 先设置系统侧和用户侧谐波电压源E u和E。,采用戴维南等效电路,再选取谐波阻抗,本发明 选用RL模型。然后在PCC点设置电压、电流检测模块,并提取相应的幅值和相角信息,最后 进行计算,得到谐波功率。
[0028] 参见图4,图4为有功功率方向法受相角差δ影响的仿真曲线图。在建立谐波源 模型的基础上,合理设置各模块的仿真参数:
[0029] 系统侧 Eu= ΙΟΟν,δ u= 〇。,Zu= l+j8, f = 150Hz,三次谐波源;
[0030] 用户侧 Ec= 80ν,δ c= 〇。~360。,Z c= l+j7, f = 150Hz,三次谐波源;
[0031] 运用叠加定理计算,可得IzuIuI > IzcJcJ,可判定系统侧为主要谐波源。采用控制 变量法,保持系统侧的电压源幅值(100V)和相角(作为参考,取S u= 0° )不变,用户侧 电压源的幅值(80V)不变,仅令用户侧谐波源相位δ。在0°~360°内变化,分析两侧相 角差δ对有功功率P的方向的影响。
[0032] 分析图4可知:
[0033] (1)保持系统侧电压源不变,为Eu= 100 Z 0 °,用户侧电压源为E c = 80 Z 179°~80 Z 360°,即相角差δ。的变化范围是179°~360°时,Ρ>0,系统侧被定 位成主谐波源,与初始设置相符;
[0034] (2)但是,当用户侧电压源Ec = 80 Z 2°~80 Z 178°时,Ρ〈0,初步判定确定用 户侧为主谐波源,与事实不符;
[0035] (3)相角差δ对有功功率方向的影响是,在两侧相角差极小(〇°或Γ )以及相 角差为179°~360°时,若Ρ>0,即可说明系统侧为主谐波源。而相角差在2°~178°范 围内变化时,Ρ〈〇,说明用户侧为主谐波源,与条件设置相互矛盾,则说明使用有功功率法定 位主谐波源时,会判断出错。只有两侧的相角差S在179°~360°范围内变化时,用该方 法定位主谐波源才有效。而且有功功率的方向随相角差的变化呈现周期性,故在前半周期 (2°~178° )不能有效定位主要谐波源,即存在局限性。至此,完成对有功功率方向法定 位主谐波源的局限性的检验。值得注意的是,用该法定位谐波源时,容易判断失误的相角范 围不是确定的,本发明举例验证时是2°~178°,现场应用时,该相角范围随实际系统参 数的变化而变化。
[0036] 经过上述分析后,针对有功功率方向法定位谐波源的局限性的检验方法能够有效 验证有功功率法在原理上的不合理性,具体实施起来简单方便,所得的功率方向受相角差 影响的周期性变化的结论,对工程实践的实际应用具有较好的预测和指导作用。

Claims (1)

1. 一种针对有功功率方向法定位谐波源局限性的检验方法,用以探宄有功功率方向法 定位谐波源准确度不高的问题;其特征在于仿真模型数据易测量、参数少且便于调整,在搭 建模型的基础上分析仿真曲线,便于直观显示有效相角范围,从而完成对定位方法局限性 的检验;具体步骤是: Sl构建仿真模型 根据有功功率谐波源定位方法的辨识原理,合理设置谐波源参数并搭建仿真模型; S2测量和计算谐波数据 根据谐波源定位和检测要求,选取公共连接点(PCC)作为监测点,测量PCC处的谐波电 压和谐波电流,并计算谐波功率: P - Rc(T /}((s:i I j,(() 其中,表示在pcc点测得的谐波电压和谐波电流相量,有功功率P表示二者 乘积的实部分量; 定义功率的正方向为从系统侧流向用户侧,若p>〇,说明系统侧为主谐波源,对PCC点 的谐波畸变贡献更大;若p〈0,则说明用户侧为主谐波源;该技术简单、操作方便,实用性 好,能够直观地定性辨识主谐波源位置; S3局限性的分析 依据定位判据表达式P = Sind',可知,有功功率P的方向与两侧电压 源相角差S有关,为了分析该方法的局限性,采用控制变量法对所得测量数据进行整理, 即保持系统侧的电压源幅值(IOOv)和相角(作为参考,取Su= 0° )不变,用户侧电压 源的幅值(80V)不变,仅使用户侧谐波源相位δ。在0°~360°内变化,分析两侧相角差 δ ( δ = δ。- δ u)对有功功率P的方向的影响; S4仿真验证 编写程序,对整理后的谐波数据进行仿真,得到有功功率方向法定位判据随相角差变 化的仿真曲线;仿真曲线清晰显示出用有功功率方向法定位谐波源的有效相角范围及定位 结论容易出错的相角范围,有效地验证了该定位方法受相角差影响的局限性;而且相角差 的有效范围呈周期性变化,较好地体现了该谐波源定位方法在实际应用中的规律和参考价 值; 经过上述分析后,针对有功功率方向法定位谐波源局限性的检验方法能够有效验证有 功功率法在原理上的不合理性,相角范围随实际系统参数的变化而变化;具体实施起来直 观简便,所得的功率方向受相角差影响的周期性变化的结论,对工程实践的实际应用具有 良好的预测和指导作用。
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