Methods for Localizing the Harmonic Source in Power Distribution Network
ZH OU L in1 , Z H ANG Feng 1 , LI Qiu hua 1 , DU Xiao fei2 , XU M ing 1 , WANG Wei1 ( 1. T he Key L aborat ory of H igh Volt age Engineering & Elect rical New T echnolog y, Minist ry o f Educat ion, Elect rical Engineering Co llege of Chongqing Universit y, Cho ng qing 400044, China; 2. H uaneng Chong qing L uohuang P ow er Generat io n Co. Lt d, Chongqing 402283, China)
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Fig. 2 Thevenin equivalent circuit
可见, Q 正负不仅与 Uu - Uc co s 的大小有关 , 且与 Z u + Z c 的正负有关。假定 Z u + Z c 为正时 , 根据 Q 的正负, 也仅能得到 Uu - U c cos 的正负, 即当 Q > 0 时 , 可得到 U u < U c ; 但 Q< 0 时, 因 co s 总小于 1, 不 能判断 U u 和 U c 的大小。 上述推导假设了 Zu 和 Z c , 两者的值在实际中 难以得到准确值 , 该法受此影响 , 有一定误差。另 外 , 受 co s 的影响 , 其结果准确度一般仅 50% 。 1. 3 同步测量判别法 由有功功率法和无功功率法可见, 无论是基于 有功谐波功率, 还是基于无功谐波功率方向的思路, 都难以得到满意结果。谐波有功功率受 的影响, 谐波无功功率的准确度仅 50% , 但由式 ( 1) 、 ( 2) 可 见 , 其分母都与 Z 有关 , 故综合利用有功功率和无 功功率测量值, 可消除 Z 的影响 , 同时在保证 PCC 两侧同步测量的情况下 , 能够得到谐波源辨识的充 要条件 。由式( 1) 、 ( 2) 可得 : 2 2 U c - U u = ( P 2 + Q2 ) / a2 - 2QUu / a, 其中 a= P/ Uc sin , 令 b= Q/ P , 则式( 3) 化为 :
图2 戴维南等效电路 图1 Fig . 1 诺顿等效电路 Norton equivalent circuit
文献 [ 3] 提出了有功功率法, 文中提出谐波功率 是谐波电压、 电流间相角差的函数[ 4] , 谐波功率正方 向定义为从用户侧到系统侧。令系统谐波阻抗 Z = Zu + Z c = X u + X c = jX ( 见图 2 ) , 其中 X u 、 X c 分别为 系统侧、 用户侧等值谐波电抗, 则流入 Uu 的谐波功 率为 : P = U u I cos = U u U c sin / X , ( 1) 其中 P 是从用户侧流入 PCC 的某次谐波的功率 , I 为等效电路某次谐波电流 , 为 Uu 超前于 I 的相位 角, 为系统侧和用户侧谐波电压源的相位差。当 P 符号分别为正、 负时 , 说明主要谐波电流源分别为 系统侧、 用户侧。有功功率方向法比较直观, 得到了 广泛认可。文献 [ 4, 5] 在诺顿等效电路的基础上, 采 用谐波电流矢量分解
0 引
言
此外, 用于工程实践的谐波源辨识技术还很不成熟, 应用上存在局限甚至错误 , 需要寻找新的理论基础 和技术指标。 谐波源定位的实质是检测系统侧和用户侧对公 共耦合点 ( Point of Co mmo n Coupling, PCC) 谐波 电流和电压进行研究。如果系统侧影响大 , 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, 特别是文献[ 1] 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。本文介绍了谐波功率潮流方向法、 谐波阻抗 检测法、 神经网络法、 电流矢量法、 参考阻抗法这几
H ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱg h
Volt age Engineering
Vol. 33 No. 5
种谐波源定位方法的基本原理 , 指出了它们各自的 优缺点。 1 基于谐波功率潮流方向的检测方法 现有的谐波源定位方法大体可分两大类。一是 基于检测谐波功率潮流方向的方法 , 该法最初作为 谐波潮流的逆问题[ 2] 由 H eydt G T 提出。二是通 过畸变的电压和电流波形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。非线性负荷一 般都是谐波源, 其简化模型见图 1。其中 I u 、 Zu 和 I c、 Z c 分别为系统侧和用户侧等值 谐波电流源、 阻 抗, U pcc 、 I pcc 分别为 P CC 的某次谐波电压、 电流。将 诺顿等效 电路 转化为 戴维 南等 效电 路 ( 见图 2) , Z= Z u + Z c , Uu = | I u Z u | , U c = | I c Z c | , U u 和 U c 的 相位角分别为 0 和 。 1. 1 有功功率方向法
2 2 2 U2 c - U u = U c ( ( 1 + b ) U c sin - 2 Uu bsin ) , 2 c 2 u 2 [ 8]
20 世纪 60 年代, 国外就已认识到电能 质量的 重要性, 并着手从事有关课题的研究。目前, 各国在 电能质量研究方面取得了一些进展 , 但很多问题难 以解决或达成共识 , 尤其是实际谐 波责任的区分。 虽然不断有新的理论和算法用于该方面的研究 , 但 这些理论尚未得到统一 的认识, 还 需进一步探讨。
Abstract: Electro nics devices are nonlinear and thus they create dist ort ed cur rents even supplied w ith purely sinu so idal vo ltag e. Cor rect ident ificatio n o f harmo nic sour ce locations is essent ial fo r deter mining the r esponsibility miti g atio n means and for determining the respo nsibilit y of the parties invo lved. Fo r the har mo nic detect ion and har monic co nt rol, the detection and lo calizatio n o f harmonic sour ce at the point of commo n coupling ( P CC) become mor e and more impo rtant. Since pr oposing the incentive scheme, many researchers put forw ar d many localization methods. T his article summar izes the methods o f identify ing the harmonic so urce including the Po wer Dir ection M ethod and har monic impedance method, and po int s out t hat the pow er directio n metho d is theo retically inco rrect and should no t be used to determine harmo nic so urce locations. T he N eur al N etw ork Based Sig natur e R eco gnition metho d and ref er ence impedance met ho d ar e intro duced, and the advantag es and disadvantag es o f the methods are pr esented. It is indicated that combination of artif icial neur al netwo rks and fuzzy methods should be r esear ched fo r the circuit analy sis o f electrical po wer sy stems. T he necessity to pr opose an incentive based scheme for limiting t he harmo nic po llu tion is presented. A t last author s summar ize the dir ection of this r esear ch, the key o f the lo calizatio n t he har monic so ur ce is to establish the uniform standar d and applied in pr oject. It is found that there are still many unsolved prob lems in t his f ield. Key words: pow er qualit y; harmo nic source locatio n; har monic pow er; harmo nic contributio ns; harmo nic impend ence; equiv alent model
摘 要 : 监测 和治理电力系统中非线性负荷产生的大量谐波需检测谐波源并确定 其位置 , 但目前谐 波源模型过 于 简单 , 尤其实际谐波责任区分问题需要解决 , 为此综述了谐波源定位的各种方法 , 包括基于 谐波功率 潮流方向和 谐 波阻抗的检测方法 , 并总结了谐波功率潮流法应 用的局限性 及其与 谐波功率 相关的 其他方 法 , 归 纳了基 于判断 谐 波阻 抗的 4 种 方法 , 指出了波动量法和线性回归法是 较有实 用价值 的方法 , 分别 说明了 各种谐波 源定位 方法的 优 点和 不足之处。最后介绍了基于人工神经网络的识别方法和参考阻抗法及其对这 些方法的改 进 , 表 明解决谐波 源 问题的关键是建立统一的标准和理论 , 分析了谐 波源定位研究的发展方向并指出其工程应用有待解决。 关键词 : 电能质量 ; 谐波源定位 ; 谐波功率 ; 谐波责任 ; 谐波阻抗 ; 等效模型 中图分类号 : T M 711 文献标志码 : A 文章编 号 : 1003 6520( 2007) 05 0103 06