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1、谐波传播在电力配电系统设计中的影响J.A.Ghijselen，W.A.Ryckaert，J.A.Melkebeek摘要本文介绍了电力配电系统的参数设计对谐波失真的传播所产生的影响。这种理论的研究主要是基于模拟一个被推广的配电系统模型，从而进•一步了解了电压失真产生和传播的机理。并且通过分析可以预测变更设计参数对电压波形失真产生的影响。关键词：配电系统；电压波形失真；谐波；电能质量；电力系统阻抗1.导言在电力配电系统中，由于非线性负荷的逐渐增加，设备制造者逐渐开始考虑电压波形的谐波污染。电压波形失真导致许多不利的影响，尤其在开放的电力市场，甚至担心在不久的将
2、来电压波形失真会继续增加。在世界的许多地方，通过对设备的谐波线电流强制进行适当的发射限制，使得实际的电压波形失真程度保持在计划的水平之为了决定适当的设备发射限度，测量活动和仿真都需要在一个实际的网络中研究谐波的传播。首先，相对于测量来说，进行仿真似乎更容易和经济些。然而，参数和设计策略在不同网络之间存在许多不同之处，需要做出大量必须的仿真数据。另外，许多参数都是未知的和需要估计的，或者甚至被忽视，导致得到的结果远远不同于测量出的数据。最后，因为谐波传播的研究主要局限于相当特殊的情况，所以关于谐波传播的机理和对电力配电系统的影响的基本观点还有待于研究。本文研
3、究了不同配电系统的参数设计对谐波失真的传播所产生的影响，研究是以一个被推广的配电馈线模型为基础分析得到的，这种模型的参数可以改变。在文献[9]中介绍了基于模拟和一个特例得到的一些初步和定性的结论。然而本文采用了相对基本的方法，分析过程和数量的结果得知可以合理地预测变更设计参数对电压波形失真所产生的冲击，并且通过仿真验证了分析预测的正确性，然后进一步分析了包括与电力系统谐振相关的分布电容的影响。2.基本电力系统的安装2.1网络拓扑结构为了研究不冋配电系统参数对谐波传播的影响，采用了典型中压（MV）配电系统的单一化模型（图1）。浇注通常耦合点式的高中压（HV/
4、MV）变压器通过它的短路阻抗Zm表示，通过一些相同的和平行的馈电线与负载连接，馈电线呈放射状并且每条线有五个节点。系列阻抗Zs，k表示为互相连接的馈电线节点间导体阻抗。中低压变压器可能位于中压母线和馈电线（Z,，图la）之间，或者位于馈电线节点和负载（Ze,图lb）之间。欧洲大部分地区采用前者，其需要较长的低压（LV）馈电线，而后者经常用在北美洲的许多区域，其需要较长的屮压（MV）馈电线。被连接到波节的负载可以看做理想的电流源；当适度的电压波形失真程度（总谐波失真（THD）<10%）的准确度足够充分时，可以得到一些关于电压波形失真的传播的结论。图1基本的屮
5、压配电系统模型：a位于馈电线首段的屮压/低压变压器b位于馈电线节点的中压/低压变压器2.2变压器参数典型的变压器阻抗值按照以下公式来计算：Z=
6、Z
7、?么m
8、m
9、=0.1pu<80°（人的高中压变压器）Z=ZejG/mmm=0.1pu<45°（小的高中压变压器）=0.04pu<80°（大的中低压变压器）zc=
10、zc
11、Zz-=0.04pu<45°（小的中低压变压器）变压器的基本阻抗zm、zjnze被认为是感性阻抗，忽略集肤效应和接近损失。考虑到A>45°,和声学屮h^3时谐波阻抗是感性阻抗并且近似等于：ZwJ^/i）«7/z
12、ZWJJsin^^（1）因此，变压
13、器的调节阻抗取决于变压器基本阻抗的数值和相角的大小。例如，符合公式（1）的小型高中压和中低压变压器的调节阻抗分别是大型高中压变压器的1.39倍和3.48倍。2.3导体参数由于许多配电系统的导体长度相当长，压降通常比功率损失更重要。当在馈线始端的电压IVFfl.OGpu时，沿着馈线限制（基本）压降△V=
14、VFI
15、-
16、VF5
17、到0.12pu决定着导体基本阻抗的最大允许量
18、ZS
19、。总的馈线负荷应该等于lpu且功率因数cos（D=0.8,并且均匀的分配在各个节点之间。这些数值是配电系统运算中典型的数值。所有线路的导线型号（架空线或者地线）都是相同的，但是导体的截面
20、可能逐渐减小。简单的说，馈电线的阻抗应该随着馈电线的长度呈线性增加。Mt表示决定最后一段馈线段阻抗的减弱的因数：(2)对于均匀导线Mt=l;接着发现下面的最大的导体阻抗值，并且通过研究下面的截面得出不同的馈电线配置具有相同的基本压降AV:ZA=
21、Zy
22、e既二0.0485pu<55'（规则的架空线，截面相同）Z5=
23、Zs.
24、ej0Zi=0.06089戸<80°（宽间隔的架空线，截面相同）Zv=Zsej0Z'=0.04626<3（T（电缆，截面相同）Zvl=
25、zvl
26、e风1=0.02898戸<55"（规则的架空线，Mt=3）Z5,=
27、ZS」
28、严.、=0.
29、02070厂w<55"（规则的架空线，Mt=5）Zv=
30、zs.
31、^
