一種諧波潮流檢測(cè)方法及數(shù)值仿真

一種諧波潮流檢測(cè)方法及數(shù)值仿真

劉會(huì)金　陳允平　彭輝　付立軍　陳瓊瓊

　　摘要　提出了一種諧波潮流的實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，利用并聯(lián)電容器的諧波電流放大原理對(duì)諧波電壓間接取樣，并利用串聯(lián)無(wú)感電阻器對(duì)諧波電流直接取樣。分析了諧波潮流檢測(cè)靈敏度和同次諧波電壓與電流相位差角的檢測(cè)靈敏度，并對(duì)相應(yīng)的模擬負(fù)荷進(jìn)行了數(shù)值仿真，結(jié)果表明該取樣方法簡(jiǎn)單可靠，能有效地提高諧波潮流檢測(cè)的靈敏度，同時(shí)也驗(yàn)證了檢測(cè)基波潮流與諧波潮流的符號(hào)是否一致以判斷某一特定負(fù)荷是否為諧波源的方法。
　　關(guān)鍵詞　諧波潮流　取樣　電容器　靈敏度

METHOD OF MEASURING HARMONIC POWER FLOW AND ITS NUMERICAL SIMULATION

Liu Huijin　Chen Yunping　Peng Hui Fu Lijun　Chen Qiongqiong
(School of Electrical and informational Engineering, Wuhan University of Hydraulic and Electric Engineering Wuhan, 430072 China)

ABSTRACT　Sampling harmonic power flow in power system is still a difficult problem in harmonic power flow detecting. This paper puts forward a real-time method of sampling harmonic voltage indirectly by use of the harmonic current magnification of shunt capacity to detect harmonic power flow, and by use of resistance without inductance to sample harmonic current directly. This paper analyzes the sampling sensitivity of harmonic power flow and the relative phase shift between the voltage and current for each harmonic, and carries out the numerical simulation for relevant simulated load. According to the result of the theoretical analysis and numerical simulation, it can be seen that the method is simple and reliable, and can improve the sensitivity of detecting harmonic power flow effectively. At the same time, the correctness of the criterion which judges whether a certain load is a harmonic source by detecting the concordance of the signs between first harmonic and higher harmonic power flow is verified.
KEY WORDS　harmonic power flow; sample; capacitor; sensitivity

　　電力系統(tǒng)中的諧波對(duì)各種電力設(shè)備、通信設(shè)備及線路都會(huì)產(chǎn)生有害的影響，嚴(yán)重時(shí)可造成設(shè)備損壞和電力系統(tǒng)事故。電力部門在負(fù)荷管理工作中，很重要的一項(xiàng)工作就是對(duì)諧波源負(fù)荷的管理和監(jiān)測(cè)，查明諧波污染源，以明確責(zé)任，確定治理措施。同時(shí)對(duì)產(chǎn)生諧波污染的用戶進(jìn)行驗(yàn)算，確定其允許值和是否需要采取措施(如裝設(shè)濾波器等)。因此，在諧波的管理和監(jiān)測(cè)中，諧波潮流的檢測(cè)對(duì)于快速、準(zhǔn)確地查明諧波源以及諧波源注入供電點(diǎn)的諧波潮流值具有十分重要的意義。
　　由于電力系統(tǒng)中諧波潮流僅為基波潮流的幾百分之一或幾千分之一。因此，檢測(cè)諧波潮流 大的難題是將淹沒(méi)在噪聲(基波潮流)中的弱信號(hào)(諧波潮流)檢測(cè)出來(lái)。傳統(tǒng)的諧波潮流取樣信號(hào)來(lái)自被測(cè)線路中的電壓、電流互感器的二次側(cè)，經(jīng)電壓變送器和電流變送器輸出信號(hào)。由于電磁式互感器的頻率特性，特別是電壓互感器的二次側(cè)電壓的大小和相位，會(huì)隨諧波頻率變化，其精度會(huì)受到影響；用于220kV及以上系統(tǒng)的電容式電壓互感器，由一個(gè)電容式分壓器和一個(gè)電磁式電壓互感器組成。電容式電壓互感器基本上是一個(gè)調(diào)諧50Hz的裝置，使用頻率范圍很窄，不適用于測(cè)量諧波電壓［1］。因此，目前采用的諧波潮流檢測(cè)裝置，檢測(cè)精度差，靈敏度低，盲區(qū)大。
　　本文提出用電力電容器將諧波電流放大，作為諧波電壓的取樣信號(hào)，利用無(wú)感電阻器作為諧波電流的取樣電路，采用模擬的非線性負(fù)荷和線性負(fù)荷進(jìn)行數(shù)值仿真，能提高諧波潮流檢測(cè)的靈敏度。

1　原理
　　非線性元件無(wú)源性的準(zhǔn)確定義較為復(fù)雜，如果是時(shí)恒n口電阻器，無(wú)源的定義等價(jià)于任何容許信號(hào)偶［u(t)，i(t)］和任何時(shí)間t的瞬時(shí)功率p(t)為非負(fù)［2］，即

　(1)

　　根據(jù)上式可知，非線性二端電阻器為無(wú)源的，等價(jià)于其v-i特性在第一和第三象限，電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)荷主要由大功率的電力電子元件組成，屬于無(wú)源的非線性電阻元件。
　　應(yīng)用替代原理，非線性負(fù)荷可視為恒定的諧波電流源，它將系統(tǒng)中基波潮流轉(zhuǎn)換為諧波潮流，注入供電點(diǎn)。采用關(guān)聯(lián)的參考方向時(shí)，非線性負(fù)荷的諧波潮流總為負(fù)值，線性負(fù)荷的諧波潮流總為正值。由于非線性負(fù)荷總潮流為正值，諧波潮流為負(fù)值；線性負(fù)荷的總潮流為正值，諧波潮流也為正值，因此根據(jù)諧波潮流與總潮流的符號(hào)是否一致,就可以判斷一個(gè)特定負(fù)荷是否為諧波源。在輸電線路上，根據(jù)諧波潮流的方向可以判斷諧波源位于檢測(cè)點(diǎn)的哪一側(cè)。
　　利用電容器的諧波電流放大作用，諧波潮流檢測(cè)中電壓取樣原理可用圖1說(shuō)明，設(shè)諧波源左側(cè)h次諧波電流為ih,進(jìn)入主系統(tǒng)的

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