(完整版)利用matlab仿真对电力系统谐波治理
利用matlab仿真对电力系统谐波治理
摘要：随着国民经济和科学技术的蓬勃发展，冶金、化学等现代化大工业和电气化铁路的发展，电网负荷加大，电力系统中的非线性负荷(硅整流设备、电解设备、电力机车)及冲击性、波动性负荷(电弧炉、轧钢机、电力机车运行)使得电网发生波形畸变(谐波)、电压波动、闪变、三相不平衡，非对称性(负序)和负荷波动性日趋严重。电能质量的下降严重地影响了供用电设备的安全、经济运行，降低了人民的生活质量。所以在世界各国都十分重视电能质量的管理。
引言
新兴负荷的出现对电能质量的要求更高电能质量问题逐渐引起普遍重视，主要原因如下：
（1）大量基于计算机的控制设备和电子装置投入使用，其性能对电压质量非常敏感。
（2）调速电机和无功补偿装置，导致系统谐波水平不断上升，从而对电力系统的容量和安全运行产生影响。
（3）电力用户不断增长的电能质量意识迫使电力公司提高供电质量，设法解决诸如电压中断，电压跌落和开关暂态等电能质量问题。
衡量电能质量的主要指标是电网频率和电压质量。频率质量指标为频率允许偏差；电压质量指标包括允许电压偏差、允许波形畸变率(谐波)、三相电压允许不平衡度以及允许电压波动和闪变。国家技术监督局已公布了上述电能质量的五个国家标准。
电能质量的具体指标。
1．电网频率我国电力系统的标称频率为50Hz，GB／T15945-1995《电能质量一
电力系统频率允许偏差》中规定：电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz，当系统容量较小时，偏差值可放宽到±0.5Hz，标准中没有说明系统容量大小的界限。在《全国供用电规则》中规定"供电局供电频率的允许偏差：电网容量在300万千瓦及以上者为±0.2HZ；电网容量在300万千瓦以下者，为±0.5HZ。实际运行中，从全国各大电力系统运行看都保持在不大于±0.1HZ范围内。
2．电压偏差GBl2325－90《电能质量一供电电压允许偏差》中规定：35kV及以上供电电压正负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10％；10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的土7％；220V单相供电电压允许偏差为额定电压的7％～10％。
标准中供电电压为供电部门与用户产权分界处的电压或由供用电协议所规定的电能计量点的电压。
确定允许电压偏差是一个综合的技术经济问题，允许的电压偏差小，有利于用电设备的安全、经济运行，但为此要在电网中增添更多的无功电源和调压设备，需要更多的投入。反过来如果扩大用电设备对电压的适应范围，提高设备在这方面的性能，往往也要增加设备投资。综合国外标准和我国国情制定的供电电压允许偏差的国家标准，能满足绝大部分用电设备的运行要求。
3．三相电压不平衡GB／T15543-1995《电能质量一三相电压允许不平衡度》中规定：电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2％，短时不得超过4％。标准还规定对每个用户电压不平衡度的一般限值为1.3％。
但是国标规定的三相电压不平衡度的允许值及计算、测量和取值方法只适用于电力系统正常运行方式下在电网公共连接点由负序分量引起的电压不平衡。因此故障方式引起的不平衡(例如单相接地、两相短路故障等)和零序分量引起的不
平衡均不在考虑之列。由于电网中较严重的不平衡往往是由于单相或三相不平衡负荷所引起的，因此标准衡量点选在电网的公共连接点，以便在保证其它用户正常用电的基础上，给干扰源用户以最大的限值。值得注意的是国标在确定三相电压不平衡度指标时用95％概率作为衡量值。也就是说，标准中规定的"正常电压不平衡度允许值2％"是在测量时间95％内的限值，而剩余5％时间可以超过2％，过大的"非正常值"时间虽短，也会对电网和用电设备造成有害的干扰，特别是对有负序起动元件的快速动作的继电保护和自动装置，容易引起误动。因此标准中对最大的允许值作了"不得大于4％的规定。
4．公用电网谐波GB／T14549--93《电能质量-公用电网谐波》中规定：6～220kV 各级公用电网电压(相电压)总谐波畸变率是0.38kV为5.0％，6～10kV为4.0％，35～66kV为3.0％，110kV为2.0％；用户注入电网的谐波电流允许值应保证各级电网谐波电压在限值范围内，所以国标规定各级电网谐波源产生的电压总谐波畸变率是：0.38kV为2.6％，6～10kV为2.2％，35~66kV为1.9％，110kV为1.5％。对220kV电网及其供电的电力用户参照本标准110kV执行。
5．波动和闪变GBl2326--如《电能质量一电压允许波动和闪变》中规定：在公共供电点的电压波动允许值：10kV及以下为2.5，35～110kV为2％，220kV及以上为1.6％。
电压闪变值主要是表征人眼对灯闪主观感觉的参数。国标推荐的闪变干扰的允许值，对照明要求较高的白炽灯负荷为0.4％，对一般性照明负荷为0.6％
影响电能质量的原因各种各样，大体可以分为：
（1）内因。系统本身接有电弧炉、整流器、单相负荷、大功率电动机等干扰性负荷。这些负荷对电网产生负面影响，如谐波、无功冲击、负序等，而且这些负
面影响可能通过公共连接点（PCC）波及其它终端用户。因此，系统中必须安装相关装置，以及时缓解这些问题，而且还应根据电能质量评估体系，利用经济杠杆约束此类用户对电能质量的影响。
（2）外因。雷电、外力破坏、树枝影响、配电设备故障、电容器投切、线路切换等都可能干扰系统，造成断电或电压变动，甚至影响到相邻线路，导致有害影响蔓延。现在采取的措施，一是减少故障发生的次数和改变排除故障的方式，目前配电系统中的线路主保护是电流保护，该保护最大的缺陷是线路中相当大部分区域上的故障不能无时延地予以切除，此外即使无时延保护，从检测出故障到断路器开断故障，最快也需要3~6 个周波。若是永久性故障，多次重合闸则导致电压的不断波动。二是降低装置对电能质量问题的敏感性，主要是用户侧在敏感负荷或关键负荷处安装补偿装置，这种方法对单个负荷可有直接和明显的效果，但是受限于补偿装置的容量和价格，应用范围也受到限制。
电能质量分析方法
时域仿真方法在电能质量分析中的应用最为广泛，其最主要的用途是利用各种时域仿真程序对电能质量问题中的各种暂态现象进行研究。目前较通用的时域仿真程序有EMTP，EMTDC，NETOMAC等系统暂态仿真程序和SPICE，PSPICE，SABER 等电力电子仿真程序。采用时域仿真计算的缺点是仿真步长的选取决定了可模仿的最大频率范围。因此必须事先知道暂态过程的频率覆盖范围。此外，在模仿开关的开合过程时，还会引起数值振荡。
本次采用的是利用matlab中的sumlink对电力系统中谐波源仿真与治理
以三次谐波为例：
1.各元件的图标及参数：
交流电压源：幅值311 频率50hz
谐波源：幅值100A 频率150hz 产生3次谐波
RL并联支路：充当输电线路
谐波过滤器：L=1.1e-3 H，C=1e-3F
负载：额定电压220V 50hz
测量仪器：示波器电压电流表
2.利用上述器件及所学电路知识搭建如下电路: 治理谐波前:
示波器显示
观察可知此时负载侧电压已经被三次谐波干扰
3.利用LC谐振电路对三次谐波进行消除：
根据公式错误!未找到引用源。求出LC=1.1e-6，所以选取L=1.1e-3，C=1e-3 原理图如下：
示波器显示：
通过前后两次示波器比较可以看出经过LC谐振电路滤波之后电压由原来掺杂三次谐波变为比较完美的正弦波，负载侧电流也变为正弦波，谐波治理成功。
电本0826班