基于Matlab的电力系统谐波抑制研究

第37卷第4期 2009年4月 凳慕电力 EutChinaElectricPower V01．37No．4 Apr．2009 基于Matlab的电力系统谐波抑制研究 吴奇，徐正宏 (泰兴市供电公司，江苏泰兴225400) 摘要：采用Matlab的Simpower工具对一座110kV变电站建模分析，对注入系统的各次谐波含量进行了检 测。介绍了利用无功补偿进行谐波抑制的措施。结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明。利用Matlab进行谐波检测抑制具有建立模型简 便，计算速度快的优点。 关键词：谐波检测；无功补偿；谐波抑制；Matlab 作者简介：吴奇(198l一)，男，丁程师，硕士。从事电力系统变电运行T作。 中图分类号：TM46 文献标志码：B 文章编号：1001-9529(2009)04-0603-03 ResearchonharmonicrestrictionforpowersystemsbasedonMatlab wuQi，XUZheng-hong (TaixingPowerSupplyCompany，Taixing，China) Abstract：TheSimpewerofMatlabwasusedtobuildthemodelfora110kVsubstation，andtheharmoniccurrente- miredintothesystemwasassessed．Themethodofusingreactivecompensationtocontroltheharmonicwavewas presented．Theresultofharmonicevaluationindicatedthattheproposedmethodhastheadvantagesofsimplymodel— ingandrapidcomputation． Keywords：harmonicdetecting；reactivecompensation；harmonicrestriction；Matlab 供电系统中增加的大量非线性负载会引起电 网电流、电压波形发生畸变，从而引起电网谐波。 电力设备在接入电网之前，相关部门必须对其注 入电网公共连接点的谐波电流进行检测，检测的 标准是国家标准GB／T14595．93《电能质量——公 用电网谐波标准》。泰兴市新建llOkV／6kV变 电站时，翻车机、高塔吊、堆料机等设备的电源为 大功率交一直一交变频装置，运行时会有一定量 的谐波注入电网。所以必须对该变电站注入系统 的谐波进行检测，以便及时发现问题并确定比较 合理的供电方式或采取治理措施。本文利用 Marlab软件中SimPower工具箱中的F门(快速傅 立叶变换)工具，对此变电站建模后进行谐波分 析，得到了注入系统的各次谐波含量。以此来说 明利用Matlab进行供电系统谐波检测的方法。 l基于Matlab的电力系统谐波检测 由于常规的谐波潮流计算方法存在建立系统 谐波模型比较复杂、有些模型参数很难获得等缺 点，因此采用了Matlab环境下运用simulink中的 SimPowersysterm(电力系统仿真模型)，进而进行 谐波检测工作。该变电站主要负荷是变频设备驱 动的电动机。变频设备通过整流变压器接入该变 电站下属变电所的6．kV母线，交流变成直流，再 通过逆变器变频为各类电机供电。这类设备运行 时，将产生一定幅值的谐波电流注入电网侧。变 频器的简单统计如表1所示。 表1部分变频器工作特点 安装位置 功率／kW 工作方式 多台同时工作可能性 主要研究注入系统的谐波电流值，并且谐波 源主要是变频设备，所以根据实际情况对系统适 当简化，将负荷归类为三种：直接的工频交流负荷 (如照明、排水、除尘设备等)，6脉波整流一逆变 供电的负荷、12脉波整流一逆变供电的负荷。 在统计各种设备的功率和功率因数，以及不 同时刻设备投入的种类和数量的基础上，分析极 端情况下(即同时工作的变频器数量最多时)的 各个设备的组合情况，此时注入系统的谐波含量 最高。进行谐波计算时，确定了变频器的结构、运 万方数据 篝慕电力 行方式和所带的负荷功率，这样在仿真时谐波源 的注入谐波量就可以在由Matlab自动计算了。 利用图1的方框“DiscreteTs=2e一006s”(Matlab 中的powergui)中的“FFr”工具可以对注入系统 的电流进行傅立叶分解，得到谐波的频谱图如图 2所示。 基频(50Hz)=31．7l，总谐波失真=4．63％ 述 丑 求 证 曝 蛾 靛 罂 谐波分量 (a)变电站电容器末投入时注入110kV 公共点的电流谐波频谱图 摹频(50Hz)=36．84，总谐波失真=3．38％ 《一 2．无功补偿抑制谐波 本例在中压电网(电压6kV)侧，基准工作频 率50Hz，电网负荷设为对称形式，不考虑不平衡 负荷；由于系统的谐波电压最终会被限制在比较 小的数值内，可以忽略⋯，即可认为系统交流母 线电压只含基波分量。根据分配的无功补偿容量 确定电容C变压器基准工作频率50Hz，额定容量 为1 MVA，连接方式为Y．△(中性点地)，以消除3 次谐波旧J。 电容补偿容量 Q。=JB。P。(tand)1一tanqb2)= 卢。P。{、／I-C．OS2(／)1．一—、／—1—-c_os一262}(1)cos9l C08q)2 式中卢。——平均负载率，一般可取0．7～0．8； 只——最大有功计算负载功率，kW； cos咖。——补偿前功率因数； cos6：——补偿后功率因数参照电力部门的有关要 求确定，一般可取0．9～0．95。 在无功补偿中，补偿电容器组采用星形接法 时，每相承受的是相电压，所以有 Q。=∞c(UCN／√3)2=wC咯／3(2) 根据计算可知具有相同电容量的三个单相电 容器组，采用星形接法是三角形接法补偿容量的 三分之一，但是其耐压等级相对可以降低，适合电 压等级较高的线路中【3】。确定了电容器的连接 方式和容量Q，以后。，需要进一步确定与之串并联 的电抗器、电阻器大小，可计算串联单调谐滤波无 功补偿器各项参数(为了能够达到更好的效果可 以在线路中加入二阶阻尼无功补偿器主要用来消 除11次及其以上的谐)。 首先根据分配的无功补偿容量确定电容C， 由于系统的谐波电压最终会被限制在比较小的数 值内，可以忽略，即可认为系统交流母线电压只含 基波分量“。 则滤波器的基波无功容量即补偿容量为 n2Q。=Q=wC舟研(3) 式中Q。——n次滤波器分配的无功补偿量； U。——系统额定线电压；俨T作角频率。 根据谐振频率求电抗器电感 1 L2瓦赢 ‘4) 滤波电阻器电阻 R=警 (5) V 式中Q——补偿器的品质因数，综合权衡滤波效果和损 耗，一般取30～100。 3结果分析 《电能质量——公用电网谐波》规定了在750 MVA基准的短路容量下，注人系统110kV公共 连接点的各次谐波电流允许值。本系统110kV 公共连接点实际最小短路容量不同于假定的基准 短路容量，应该按照GB／T14549．1993附录B和 按照GB／T14549—1993附录C的要求进行换算得 到本系统允许注入110kV公共连接点的谐波电 流允许值HJ。 电容器投人前后的注入系统公共点的谐波电 流如表2所示(表中只列出了部分谐波值)。当 变电站6kV母线出未加电容补偿运行时，注入 110kV系统的5次谐波电流为5．02A，7次谐波 4．06A，13次谐波的4．14A分别超出国家标准 万方数据 吴奇，等基于Matlab的电力系统谐波抑制研究 4．69A，3．97A，2．45A的允许值；当变电站6kV 母线处串5％电抗器的电容器组投入运行，并对 超出的谐波针对性滤波补偿后，注入到110kV公 共连接点处的各次谐波电流都能符合国家标准。 总谐波畸变率(THD)由4．63％下降到3．38％‘5|。 表2注入系统的谐波电流 4结语 要利用Matlab进行谐波检测，建立谐波源 (主要是电力电子设备)的模型是关键。查明谐 波源的参数，包括设备的型号、容量、台数、额定电 压、额定电流j接线方式、运行控制方式、控制参数 和各次谐波发生量，以及变压器的参数和连接方 式等。这样可以建立较精确的模型。必须了解系 统参数，包括谐波源与连接点的额定电压、短路容 量、谐波电压和谐波阻抗等，以求与实际符合。 基于Matlab的电力系统谐波检测适用于电 力设备(包括变电站，整流，逆变，电力线路等)投 入运行的系统建模仿真。本文的方法还可以对系 统中的其他元件(比如电容器)进行电压和电流 的谐波分析。文章对电压谐波的分析结果是其谐 波分量很小，与预想分析结果一致[6】。 参考文献： [1] 王兆安．谐波抑制和无功功率补偿[M]．北京：机械T业 出版社，2006． [2] JbridgemanM．Measurementofharmonicimpedanceonan 。LVsystemutilsingPowercapacitorSwitchingandconsequent predictionsofcapacitorinducedharmonicdistortion．8山 ICHQP．1998：1141． [3] 张爱枫，赵宏伟，冯裕钊．无功补偿中的谐波问题分析 [J]．电力系统及其自动化学报，2002，14(5)：53-55． [4] 周雒维。等．基于补偿电流最小原理的谐波与无功电流检 测方法[J]．电丁技术学报，1998。13(3)：33-36． [5] 陈荣．动态功率冈数补偿[J]．江苏电机1=程，2003(1)： 52-5． [6] 吴天明，赵新力．MATLAB电力系统设计于分析[M]．北 京：国防—r业出版社。2007． 收稿日期：2009-01·11 本文编辑：杨林青 国家电网公司一季度电力市场需求情况 ——用电量同比下降降幅有所减小 一季度，国家电网公司经营区域全社会用电量6315．6亿kW·h，同比下降3．9％，但下滑速度有所减慢，与2008年 11月(一6．7％)、12月(一7．6％)相比，降幅有所减小。各产业和居民生活用电增速均有所回落，第二产业用电比重下 降。第一季度，第一产业用电量144．6亿kW·h，同比增长7．0％，增速同比同落2．7个百分点；第二产业用电量4534．8 亿kW·h，同比下降7．7％，增速同比回落20．1个百分点；第三产业用电量741．4亿kW·h，同比增长6．8％，增速同比 回落9．9个百分点；城乡居民生活用电量894．8亿kW·h，同比增长7．8％，增速同比回落13．4个百分点。受第二产业 用电增速同落影响，第二产业用电比重下降至71．8％，同比下降2．9个百分点，第一产业、第三产业和居民生活用电比重 均有所上升。第一季度，国家电网公司经营区域内工业用电量4470．1亿kW·h，同比下降7．9％。其中，轻、重工业用 电分别同比下降8．1％和7．8％；黑色金属、有色金属、化T和建材四大高耗能行业用电量1897．7亿kW·h，同比下降 11．O％。各区域用电量均有所减少。第一季度，华北、华东、华中、东北和西北电网用电量分别同比下降3．7％、3．7％、2． 8％、4．3％和7．8％，增速分别同比回落了16．6、18．7、16．0、16．9和23．6个百分点；分省来看，宁夏、甘肃、河南、青海、上 海、辽宁、福建等省(市、自治区)用电量增速回落明显，下降幅度超过20个百分点。 国家电网一季度电源建设情况 2009年第一季度，在电源建设方面，国家电网公司经营区域内新增发电装机容量10900MW，其中水电2120MW， 火电6480MW，新能源发电装机1500MW，其它发电装机800MW；分地区来看，华北新增发电装机2470MW，华东新增 2450MW，华中新增2700MW，东北新增l990MW．西北新增1280MW。 (本刊讯) 万方数据 基于Matlab的电力系统谐波抑制研究 作者： 吴奇， 徐正宏， WU Qi， XU Zheng-hong 作者单位： 泰兴市供电公司,江苏,泰兴,225400 刊名： 华东电力 英文刊名： EAST CHINA ELECTRIC POWER 年，卷(期)： 2009,37(4) 参考文献(6条) 1.王兆安 谐波抑制和无功功率补偿 2006 2.Jbridgeman M Measurement of harmonic impedance on an LV system utilsing Power capacitor Switching and consequent predictions of capacitor induced harmonic distortion 1998 3.张爱枫.赵宏伟.冯裕钊 无功补偿中的谐波问题分析[期刊 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ]-电力系统及其自动化学报 2002(05) 4.周雒维 基于补偿电流最小原理的谐波与无功电流检测方法 1998(03) 5.陈荣 动态功率因数补偿[期刊论文]-江苏电机工程 2003(01) 6.吴天明.赵新力 MATLAB电力系统设计于分析 2007 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hddl200904022.aspx