基于MATLAB的电力系统谐波分析.pdf

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1、万方数据第24卷第3期2009年6月电力学报joURNALOFEl。ECTRICPOWERV01．24No．3Jun．2009文章编号：1005—8548(2009)03—0229—03基于Matlab的电力系统谐波分析张玉华(山西大学工程学院，太原030013)摘要：近年来，电力系统谐波问题日益突出，已严重影响到电能质量。为了提高电能质量，需对电力系统谐波分量进行快速、准确地监测，采用了一种用Matlab软件实现信号显示与频谱分析的方法。借助Matlab仿真得出谐波电流随时闻变化的曲线，然后对其谐波进行频谱分析，最终得到系统的备次谐波含量。实例证明，准确测量备次谐

2、波参数，对电力系统谐渡分析和抑制具有很大的意义，可确保系统安全、可靠、经济地运行。同时实验结果表明，该法对设备要求不高，易于实现。关键词：电力系统；Matlab，谐波分析中图分类号：TN911．6文献标识码：B一般而言，理想的电力系统是以单一而固定的频率以及规定的固定幅值的电压水平供电的[1]。然而，电网通常不能满足以上要求提供电能。实际中，由于电力电子技术的广泛应用，工业生产中的大功率换流设备、电子电压调整设备、电弧炉、非线性负载等将不可避免地产生非正弦波形，向电力系统注入了大量谐波电流，导致电压、电流波形发生了严重畸变。电力系统谐波是一个周期电气量的正弦波分量，

3、其频率为基波频率的整数倍比]。谐波频率与基波频率的比值称为谐波次数。我国电力系统的额定频率为50Hz，则基波频率为50Hz，2次谐波频率为100Hz，3次谐波频率为150Hz等。在一定供电条件下，有些用电设备也会出现非整数倍谐波，称为间谐波或分数谐波。谐波实际上就是一种干扰量。现在，由谐波引起的正弦电压和电流的波形畸变已成为危害电能质量的主要原因之一。l谐波对电力系统的影响谐波电流和谐波电压的出现，恶化了供用电系统所处的环境，无疑是公用电网的一种污染。并且近年来，由谐波引起的各种故障和事故不断发生，其严重性已引起了人们的高度重视，它对电力系统的危害主要体现在以下几个

4、方面：(1)谐波会增加输、供和用电设备的额外附加损耗，损害其绝缘性能，降低寿命和可靠性；(2)谐波可导致继电保护和自动装置的误动作，影响电力系统正常运行；(3)由谐波引起的谐振，会提升谐波的幅值，造成电容器和其它设备因大电流损坏；(4)电力谐波会对电视接收机、计算机图形画面产生波动，严重时损害机器；(5)电能计量错误；(6)谐波对通信系统产生电磁干扰，使电信质量下降。在极端情况下噪声可使通信线路不能使用。此外，谐波还会对电力测量、功率因数等产生不良影响。考虑以上因素，谐波的影响会日益重要，需要集中研究它。2MATLAB谐波分析在电力工程中，谐波分析必须在规定的时间内

5、完成，因此系统模型应当简单实用，并且能为合理的分析提供正确的结果。本文采用Matlab系统进行仿真。Matlab是目前非常流行的具有很强科学计算和图形界面的软件系统，在工程技术领域已得到了广泛应用。特别是利用Matlab的Simulink仿真环境，可方便地搭建系统模型，获得良好的分析效果。表1以一个实际工业电力系统为例，列举了电力传动装置中的相电流奇次谐波测量平均值，基波为50Hz[3。。收稿日期：2009—03—16作者简介：张玉华(1981一)，女，山西洪洞人，助教，主要研究方向为信号与信息处理。(Eomail)dlxzhangyuhua@163．{；0111万

6、方数据230电力学报第24卷衷1谐波信号参数谐波次数幅值／A相位／(。)1380．4O32．0356053．15613571．042157．594．291O1116．1360132．016O首先利用Simulink模块库建立仿真模型，得到模拟电网的电流波形，然后利用快速傅立叶变换(FFT)得到相应的频谱分析。根据表1，可设信号表达式为：z(t)一6∑A2^+lsin(2，cft+％+1)(谐波次数记为咒，咒一2k+1)，其仿真波形如图1所示。八^／、J＼，l，、r、I、l1JI，IfI．jVUVr／8图1谐波电流信号当取采样频率为3000Hz、数据长度为1024采样

7、点时，利用FFT编写Matlab语言程序运行即可得到信号频谱，如图2所示。图2谮波幅度请从图中可看出11次谐波处出现了较高的毛刺。利用Simulink仿真模型中的Powergui模块具体分析谐波分量。Powergui(Powergraphicaluserinterface)是一种用于电路和系统分析的图形读者界面[‘]。先介绍其使用方法，在Simulink模块库中点击SimpowerSystem菜单栏，便可看到该模块，将它添加到需要仿真的模型窗口文件中，双击即可弹出它的属性参数对话框。利用其FFTAnalysis工具即可对仿真系统的一些重要变量进行傅立叶分析，得到