电力系统谐波潮流计算

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1、电力系统谐波潮流计算窗体顶端窗体底端【摘要】谐波是指正常电流波形的一种失真，一般是由非线性负载发射的，谐波是频率达基频整数倍的电流或电压。如今电力系统存在无数非线性元件从而对电网产生很大的影响。电力系统受到谐波污染后，轻则影响系统的运行效率，重则损坏设备以至危害电力系统的安全运行。下面结合非线性电路的特性及其理论论述了电力系统中谐波潮流计算的基本原理和方法。【关键词】非线性负载；电力系统谐波潮流；谐波潮流计算0、概述以前，电力系统考核电能质量的主要指标是电压的幅值和频率，现在世界各国都把电网电压正谐波形畸变率极限值作为

2、电能质量考核指标之一，正确认识谐波已成为电力工作者的重要任务之一。随着电力电子技术的飞速发展，各种新型用电设备越来越多地问世和使用，谐波的影响越来越严重。因此，研究和分析谐波具有重要的实际意义。谐波潮流计算是谐波问题研究中的一个重要分支，是了解电网谐波特性和进行谐波分析的重要手段，不仅可以描绘出各种工况下全网的谐波潮流分布，计算出各监测点的谐波指标，同时还可以分析产生各种谐波现象的内在原因，进而提出抑制谐波的措施。本文从谐波的形成与谐波潮流计算进行论述。1、谐波产生的原因在供电系统中谐波的发生主要是由两大因素造成的：（

3、1）可控硅整流装置和调压装置等的广泛使用，晶闸管在大量家用电器中的普通采用以及各种非线性负荷的增加导致波形畸变。　　（2）设备设计思想的改变。过去倾向于采用在额定情况以下工作或裕量较大的设计。现在为了竞争，对电工设备倾向于采用在临界情况下的设计。例如有些设计为了节省材料使磁性材料工作在磁化曲线的深饱和区段，而在这些区段内运行会导致激磁材料波形严重畸变。图1为三相六脉动整流装置原理接线图，此时交流侧电流的傅里叶级数展开式为：可见交流侧电流含有谐波，谐波次数为（6K±1）次，各次谐波含有率为1/n.2、电力系统谐波潮流计算

4、的主要算法电力系统谐波潮流计算的主要算法在含有谐波源的情况下，系统的潮流由基波潮流和谐波潮流两部分组成。谐波潮流归根到底是由基波潮流在非线性元件中转换产生，且只占系统潮流的一小部分。由于基波潮流和谐波潮流的流向不一样，且两者的计算网络也不完全相同，故两者可以分开求解。另一方面，基波潮流和谐波潮流是相互耦合的，从理论上两者应联立反复迭代求解。在求解基波潮流过程中，将非线性负荷表示为某一工况下的线形负荷。在求解谐波潮流过程中，将非线性负荷表示为谐波电流源，其余元件（包括发电机）均为线形负荷，则全部求解过程可以采用线形迭代法

5、。需要指出的是，由于潮流计算中给定的量往往是各节点的注入功率，不管元件线形与否，潮流计算都属于非线性问题。对于这种非线性问题，比较典型的方法有牛顿--拉夫逊迭代法。以下是计算的四个主要方法：A线性分析法线性分析法线性法忽略基波潮流与谐波潮流的相互影响，分别计算基波潮流与谐波潮流，并假定谐波源的谐波电流大小和相位仅与基波电压有关，而与谐波电压无关。这样谐波源的谐波电流可表示为In=gn(U1)n=1,2,3,…线性法在不考虑谐波潮流的情况下先算出基波潮流，然后根据基波电压算出谐波源电流，最后分别求解各次谐波网络方程In=

6、YnUn，就可算出谐波潮流和各监测量的各项谐波指标。该方法的特点是计算速度快，收敛性能好，程序设计简单。但由于此法忽略了基波潮流和谐波潮流的相互影响，所以计算精度较差。B非线性时域分析法该方法用微分方程来精确描述非线性元件，从网络的状态方程出发，通过求解微分方程组得出通过非线性元件的电流波形，对该电流波形进行快速傅氏级数分析，求出基波和各次谐波电流频谱（包括基波和各次谐波电流的幅值和相角），作为注入电网的谐波电流源。该方法在理论上是严格精确的，但因为要求解微分方程组并进行快速傅氏级数分析，所以其应用范围受到了极大的限制

7、，仅适用于较小系统的研究，如求解直流换流器、电力机车、电弧炉等复杂谐波电流源的谐波电流频谱，不适合用于大系统的谐波潮流计算。C非线性频域分析法非线性频域法则考虑了各次谐波电压对谐波源电流的影响，将谐波源的各次谐波电流表达成相应的谐波电压的函数，并计及了基波潮流与谐波潮流的相互影响，通过两者的联立迭代求解。非线性法先采用PQ分解法以节点基波功率平衡为收敛准则进行一次基波潮流迭代，然后联立迭代谐波源电流方程In=fs(Us1，Us2，…)和节点电压方程In=YnUn进行谐波潮流求解。从能量平衡的观点来看，谐波源向系统提供的

8、谐波功率来自其从系统中吸取的基波功率，所以谐波潮流的平衡将影响到基波功率的平衡。当谐波潮流改变时，基波潮流要重新进行迭代，这样逐次迭代，谐波潮流趋于收敛，谐波源节点基波功率也趋于收敛，总迭代过程的结束取决于基波潮流的最后收敛。非线性法由于考虑了基波潮流与谐波潮流的相互影响，比线性法计算精度要高，但由于基波潮流与谐波潮流联立迭代，非