电力系统谐波负载模型研究和探究

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1、电力系统谐波负载模型研究和探究　　摘要：随着用电非线性负载的不断增加，电力系统中的谐波畸变问题日趋严重。讨论了常见的非线性负载，构造出一个110kV变压为400V，经整流变频等电路给异步电机供电的完整的非线性负载仿真模型，仅其三相桥式整流电路模块的谐波畸变率就大于32%，在模型中加入消谐模块后谐波成分大大降低，仿真结果表明其非线性负载的谐波总畸变率不大于1.40%，符合国家有关标准，为企业提供防范和治理谐波的理论依据。关键词：电力系统；谐波分析；负载模型；整流变频中图分类号：TN710?34；TM401文献标识码：A文章

2、编号：1004?373X（2013）15?0115?04AnalysisofpowersystemharmonicloadmodelLUHui?hui1，SUCheng?yue1，ZHANGWen?jia2，ZHOUHuai?jie1，LIUJing?tao2，LIULi?bin1（1.GuangdongUniversityofTechnology，Guangzhou510006，China；2.GuangzhouPowerSupplystationCo.，Ltd.，Guangzhou510730，China）Abstr

3、act：Asthenonlinearloadpowerincreases，theharmonicdistortionprobleminpower9systemsisserious.Thecommonnonlinearloadisdiscussedinthispaper.Acompletenonlearloadsimulationmodelwasconstructedtosupplypowertoasynchronousmotorbytherectifierfrequencycircuitsandatransformerc

4、onverting110kVto400V.Onlytheharmonicdistortionrateofthethirdphasebridgerectifiercircuitmoduleismorethan32%，butharmoniccomponentsisgreatlyreducedbyaddingaharmoniceliminationmoduleinthemodel.Thesimulationresultsshowthatthetotalharmonicdistortionrateofthenonlinearlo

5、adisnotmorethan1.40%，whichcomplieswiththerelevantstatestandards，andprovidesatheoreticalbaseofharmonicpreventionandcontrolforenterprises.Keywords：powersystem；harmonicanalysis；loadmodel；rectifyingfrequencyconversion0引言谐波使电能质量下降，影响发电、供电和用电设备的安全经济运行，产生较大的危害已得到公认。目前国内

6、外对电力系统的谐波分析大部分都是研究公用电网谐波的整体状况，没有对谐波负载进行细化分析。研究方向主要包括有：公用电网谐波评估[1?3]9、谐波对计量的影响[4]、谐波的检测方法[5?7]、针对谐波的滤波设计[8?9]等。较少深入研究负载内部产生谐波的机理。本文从电动机、整流器等具体负载着手，建立相应的理论模型分析其产生谐波的原因，为深入地开展谐波研究提供理论依据。1电子电力变流电路产生谐波原理电子电力变流电路包括：交流/直流变换器又称整流器、直流/交流逆变器、交直交变频器等。其中应用最广泛的是整流器，很多负载模型都是基于

7、整流电路建立的。常用的整流设备有二极管和晶闸管构成的单相和三相整流器。从控制的角度区分，有不控、半控、全控之分。目前采用全控的PWM方式6脉冲整流较多，如图1所示，下面对a相电流波形进行傅里叶级数展开有：[ia=23πIdsinωt-15sin5ωt-17sin7ωt+111sin11ωt+113sin13ωt-117sin17ωt-119sin19ωt…]（1）三相电流相角依次相差120°，其有效值与直流电流的关系为[I=23Id]，当控制角[α≠0]时，只需用[ωt-α]代替[ωt]代入上式即可。则电流基波与各次谐波

8、有效值分别为：[I1=6πId，In=6nπId，n=6m±1]（2）式中：[n]为特征谐波次数，[n=pm±1，][p]为逆变器脉动数，[m]为正整数。92基于Matlab构造负载模型2.1整流器模型图1（a）中，原理图电路由三相交流电源[Ua，Ub，Uc，]整流变压器T、晶闸管VT1～VT6、负载[R]以及触发电