(完整版)利用matlab仿真對電力系統(tǒng)諧波治理

1、利用 matlab 仿真對電力系統(tǒng)諧波治理摘要：隨著國民經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，冶金、化學(xué)等現(xiàn)代化大工業(yè)和電氣化鐵路的發(fā)展，電網(wǎng)負荷加大，電力系統(tǒng)中的非線性負荷 (硅整流設(shè)備、電解設(shè)備、電力機車 )及沖擊性、波動性負荷 (電弧爐、軋鋼機、電力機車運行 )使得電網(wǎng)發(fā)生波形畸變(諧波)、電壓波動、閃變、三相不平衡，非對稱性(負序)和負荷波動性日趨嚴重。電能質(zhì)量的下降嚴重地影響了供用電設(shè)備的安全、經(jīng)濟運行， 降低了人民的生活質(zhì)量。所以在世界各國都十分重視電能質(zhì)量的管理。引言新興負荷的出現(xiàn)對電能質(zhì)量的要求更高電能質(zhì)量問題逐漸引起普遍重視，主 要原因如下：（1） 大量基于計算機的控制設(shè)備和電子裝置投入

2、使用，其性能對電壓質(zhì)量非常 敏感。（2） 調(diào)速電機和無功補償裝置，導(dǎo)致系統(tǒng)諧波水平不斷上升，從而對電力系統(tǒng) 的容量和安全運行產(chǎn)生影響。（3） 電力用戶不斷增長的電能質(zhì)量意識迫使電力公司提高供電質(zhì)量，設(shè)法解決 諸如電壓中斷，電壓跌落和開關(guān)暫態(tài)等電能質(zhì)量問題。衡量電能質(zhì)量的主要指標是電網(wǎng)頻率和電壓質(zhì)量。頻率質(zhì)量指標為頻率允許偏差；電壓質(zhì)量指標包括允許電壓偏差、允許波形畸變率(諧波)、三相電壓允許不平衡度以及允許電壓波動和閃變。國家技術(shù)監(jiān)督局已公布了上述電能質(zhì)量的五 個國家標準。電能質(zhì)量的具體指標。1電網(wǎng)頻率我國電力系統(tǒng)的標稱頻率為 50Hz，GBT15945-1995 電能質(zhì)量一電力系統(tǒng)頻率允許偏

3、差中規(guī)定：電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為± 0.2Hz，當系統(tǒng)容量較小時，偏差值可放寬到± 0.5Hz，標準中沒有說明系統(tǒng)容量大小的界限。在全國供用電規(guī)則中規(guī)定"供電局供電頻率的允許偏差：電網(wǎng)容量在 300萬千瓦及以上者為±0.2HZ；電網(wǎng)容量在 300 萬千瓦以下者，為±0.5HZ。實際運 行中，從全國各大電力系統(tǒng)運行看都保持在不大于±0.1HZ 范圍內(nèi)。2電壓偏差 GBl232590電能質(zhì)量一供電電壓允許偏差中規(guī)定：35kV 及以上供電電壓正負偏差的絕對值之和不超過額定電壓的 10；10kV 及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的土

4、 7；220V 單相供電電壓允許偏差為額定電壓的 710。標準中供電電壓為供電部門與用戶產(chǎn)權(quán)分界處的電壓或由供用電協(xié)議所規(guī) 定的電能計量點的電壓。確定允許電壓偏差是一個綜合的技術(shù)經(jīng)濟問題，允許的電壓偏差小，有利于用電設(shè)備的安全、經(jīng)濟運行，但為此要在電網(wǎng)中增添更多的無功電源和調(diào)壓設(shè)備，需要更多的投入。反過來如果擴大用電設(shè)備對電壓的適應(yīng)范圍，提高設(shè)備在這方面的性能，往往也要增加設(shè)備投資。綜合國外標準和我國國情制定的供電電壓允 許偏差的國家標準，能滿足絕大部分用電設(shè)備的運行要求。3三相電壓不平衡 GB T15543-1995電能質(zhì)量一三相電壓允許不平衡度中規(guī)定：電力系統(tǒng)公共連接點正常電壓不平衡度允許

5、值為 2，短時不得超過 4。 標準還規(guī)定對每個用戶電壓不平衡度的一般限值為 1.3。但是國標規(guī)定的三相電壓不平衡度的允許值及計算、測量和取值方法只適用于電力系統(tǒng)正常運行方式下在電網(wǎng)公共連接點由負序分量引起的電壓不平衡。因此故障方式引起的不平衡(例如單相接地、兩相短路故障等)和零序分量引起的不平衡均不在考慮之列。由于電網(wǎng)中較嚴重的不平衡往往是由于單相或三相不平衡負荷所引起的，因此標準衡量點選在電網(wǎng)的公共連接點，以便在保證其它用戶正常用電的基礎(chǔ)上，給干擾源用戶以最大的限值。值得注意的是國標在確定三相電壓不平衡度指標時用 95概率作為衡量值。也就是說，標準中規(guī)定的"正常電壓不平衡度允許值

6、2"是在測量時間 95內(nèi)的限值，而剩余 5時間可以超過 2，過大的"非正常值"時間雖短，也會對電網(wǎng)和用電設(shè)備造成有害的干擾，特別是對有負序起動元件的快速動作的繼電保護和自動裝置，容易引起誤動。因此標準中 對最大的允許值作了"不得大于 4的規(guī)定。4公用電網(wǎng)諧波 GBT14549-93電能質(zhì)量-公用電網(wǎng)諧波中規(guī)定：6220kV各級公用電網(wǎng)電壓(相電壓)總諧波畸變率是 0.38kV 為 5.0，610kV 為 4.0，3566kV 為 3.0，110kV 為 2.0；用戶注入電網(wǎng)的諧波電流允許值應(yīng)保證各級電網(wǎng)諧波電壓在限值范圍內(nèi)，所以國標規(guī)定各級電網(wǎng)諧波源產(chǎn)生

7、的電壓總諧波畸變率是：0.38kV 為 2.6，610kV 為 2.2，3566kV 為 1.9，110kV 為 1.5。 對 220kV 電網(wǎng)及其供電的電力用戶參照本標準 110kV 執(zhí)行。5波動和閃變 GBl2326-如電能質(zhì)量一電壓允許波動和閃變中規(guī)定：在公共供電點的電壓波動允許值：10kV 及以下為 2.5，35110kV 為 2，220kV 及 以上為 1.6。電壓閃變值主要是表征人眼對燈閃主觀感覺的參數(shù)。國標推薦的閃變干擾的允許值，對照明要求較高的白熾燈負荷為 0.4，對一般性照明負荷為 0.6 影響電能質(zhì)量的原因各種各樣，大體可以分為：（1）內(nèi)因。系統(tǒng)本身接有電弧爐、整流器、單相

8、負荷、大功率電動機等干擾性負荷。這些負荷對電網(wǎng)產(chǎn)生負面影響，如諧波、無功沖擊、負序等，而且這些負面影響可能通過公共連接點（ PCC）波及其它終端用戶。因此，系統(tǒng)中必須安裝相關(guān)裝置，以及時緩解這些問題，而且還應(yīng)根據(jù)電能質(zhì)量評估體系，利用經(jīng)濟杠 桿約束此類用戶對電能質(zhì)量的影響。（2）外因。雷電、外力破壞、樹枝影響、配電設(shè)備故障、電容器投切、線路切換等都可能干擾系統(tǒng)，造成斷電或電壓變動，甚至影響到相鄰線路，導(dǎo)致有害影響蔓延?，F(xiàn)在采取的措施，一是減少故障發(fā)生的次數(shù)和改變排除故障的方式，目前配電系統(tǒng)中的線路主保護是電流保護，該保護最大的缺陷是線路中相當大部分區(qū)域上的故障不能無時延地予以切除，此外即使無時

9、延保護，從檢測出故障到斷路器開斷故障，最快也需要 36 個周波。若是永久性故障， 多次重合閘則導(dǎo)致電壓的不斷波動。二是降低裝置對電能質(zhì)量問題的敏感性，主要是用戶側(cè)在敏感負荷或關(guān)鍵負荷處安裝補償裝置，這種方法對單個負荷可有直接和明顯的效果， 但是受限于補償裝置的容量和價格，應(yīng)用范圍也受到限制。電能質(zhì)量分析方法時域仿真方法在電能質(zhì)量分析中的應(yīng)用最為廣泛，其最主要的用途是利用各種時域仿真程序?qū)﹄娔苜|(zhì)量問題中的各種暫態(tài)現(xiàn)象進行研究。目前較通用的時域仿真程序有 EMTP，EMTDC，NETOMAC 等系統(tǒng)暫態(tài)仿真程序和 SPICE，PSPICE，SABER等電力電子仿真程序。采用時域仿真計算的缺點是仿真

10、步長的選取決定了可模仿的最大頻率范圍。因此必須事先知道暫態(tài)過程的頻率覆蓋范圍。此外，在模仿開 關(guān)的開合過程時，還會引起數(shù)值振蕩。本次采用的是利用 matlab 中的 sumlink 對電力系統(tǒng)中諧波源仿 真與治理以三次諧波為例：1.各元件的圖標及參數(shù)：交流電壓源：幅值 311 頻率 50hz諧波源：幅值 100A 頻率 150hz 產(chǎn)生 3 次諧波RL 并聯(lián)支路：充當輸電線路諧波過濾器：L=1.1e-3 H， C=1e-3F負載：額定電壓 220V 50hz測量儀器：示波器 電壓電流表2.利用上述器件及所學(xué)電路知識搭建如下電路 : 治理諧波前:示波器顯示觀察可知此時負載側(cè)電壓已經(jīng)被三次諧波干擾3.利用 LC