基于MATLAB的電力系統(tǒng)諧波分析.pdf

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)第24卷第3期2009年6月電力學(xué)報(bào)joURNALOFEl。ECTRICPOWERV01．24No．3Jun．2009文章編號(hào)：1005—8548(2009)03—0229—03基于Matlab的電力系統(tǒng)諧波分析張玉華(山西大學(xué)工程學(xué)院，太原030013)摘要：近年來(lái)，電力系統(tǒng)諧波問題日益突出，已嚴(yán)重影響到電能質(zhì)量。為了提高電能質(zhì)量，需對(duì)電力系統(tǒng)諧波分量進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)，采用了一種用Matlab軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)顯示與頻譜分析的方法。借助Matlab仿真得出諧波電流隨時(shí)聞變化的曲線，然后對(duì)其諧波進(jìn)行頻譜分析，最終得到系統(tǒng)的備次諧波含量。實(shí)例證明，準(zhǔn)確測(cè)量備次諧

2、波參數(shù)，對(duì)電力系統(tǒng)諧渡分析和抑制具有很大的意義，可確保系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該法對(duì)設(shè)備要求不高，易于實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；Matlab，諧波分析中圖分類號(hào)：TN911．6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B一般而言，理想的電力系統(tǒng)是以單一而固定的頻率以及規(guī)定的固定幅值的電壓水平供電的[1]。然而，電網(wǎng)通常不能滿足以上要求提供電能。實(shí)際中，由于電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，工業(yè)生產(chǎn)中的大功率換流設(shè)備、電子電壓調(diào)整設(shè)備、電弧爐、非線性負(fù)載等將不可避免地產(chǎn)生非正弦波形，向電力系統(tǒng)注入了大量諧波電流，導(dǎo)致電壓、電流波形發(fā)生了嚴(yán)重畸變。電力系統(tǒng)諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，

3、其頻率為基波頻率的整數(shù)倍比]。諧波頻率與基波頻率的比值稱為諧波次數(shù)。我國(guó)電力系統(tǒng)的額定頻率為50Hz，則基波頻率為50Hz，2次諧波頻率為100Hz，3次諧波頻率為150Hz等。在一定供電條件下，有些用電設(shè)備也會(huì)出現(xiàn)非整數(shù)倍諧波，稱為間諧波或分?jǐn)?shù)諧波。諧波實(shí)際上就是一種干擾量。現(xiàn)在，由諧波引起的正弦電壓和電流的波形畸變已成為危害電能質(zhì)量的主要原因之一。l諧波對(duì)電力系統(tǒng)的影響諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，惡化了供用電系統(tǒng)所處的環(huán)境，無(wú)疑是公用電網(wǎng)的一種污染。并且近年來(lái)，由諧波引起的各種故障和事故不斷發(fā)生，其嚴(yán)重性已引起了人們的高度重視，它對(duì)電力系統(tǒng)的危害主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)

4、方面：(1)諧波會(huì)增加輸、供和用電設(shè)備的額外附加損耗，損害其絕緣性能，降低壽命和可靠性；(2)諧波可導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，影響電力系統(tǒng)正常運(yùn)行；(3)由諧波引起的諧振，會(huì)提升諧波的幅值，造成電容器和其它設(shè)備因大電流損壞；(4)電力諧波會(huì)對(duì)電視接收機(jī)、計(jì)算機(jī)圖形畫面產(chǎn)生波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)損害機(jī)器；(5)電能計(jì)量錯(cuò)誤；(6)諧波對(duì)通信系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾，使電信質(zhì)量下降。在極端情況下噪聲可使通信線路不能使用。此外，諧波還會(huì)對(duì)電力測(cè)量、功率因數(shù)等產(chǎn)生不良影響?？紤]以上因素，諧波的影響會(huì)日益重要，需要集中研究它。2MATLAB諧波分析在電力工程中，諧波分析必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)

5、完成，因此系統(tǒng)模型應(yīng)當(dāng)簡(jiǎn)單實(shí)用，并且能為合理的分析提供正確的結(jié)果。本文采用Matlab系統(tǒng)進(jìn)行仿真。Matlab是目前非常流行的具有很強(qiáng)科學(xué)計(jì)算和圖形界面的軟件系統(tǒng)，在工程技術(shù)領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用。特別是利用Matlab的Simulink仿真環(huán)境，可方便地搭建系統(tǒng)模型，獲得良好的分析效果。表1以一個(gè)實(shí)際工業(yè)電力系統(tǒng)為例，列舉了電力傳動(dòng)裝置中的相電流奇次諧波測(cè)量平均值，基波為50Hz[3。。收稿日期：2009—03—16作者簡(jiǎn)介：張玉華(1981一)，女，山西洪洞人，助教，主要研究方向?yàn)樾盘?hào)與信息處理。(Eomail)dlxzhangyuhua@163．{；0111萬(wàn)

6、方數(shù)據(jù)230電力學(xué)報(bào)第24卷衷1諧波信號(hào)參數(shù)諧波次數(shù)幅值／A相位／(。)1380．4O32．0356053．15613571．042157．594．291O1116．1360132．016O首先利用Simulink模塊庫(kù)建立仿真模型，得到模擬電網(wǎng)的電流波形，然后利用快速傅立葉變換(FFT)得到相應(yīng)的頻譜分析。根據(jù)表1，可設(shè)信號(hào)表達(dá)式為：z(t)一6∑A2^+lsin(2，cft+％+1)(諧波次數(shù)記為咒，咒一2k+1)，其仿真波形如圖1所示。八^／、J＼，l，、r、I、l1JI，IfI．jVUVr／8圖1諧波電流信號(hào)當(dāng)取采樣頻率為3000Hz、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為1024采樣

7、點(diǎn)時(shí)，利用FFT編寫Matlab語(yǔ)言程序運(yùn)行即可得到信號(hào)頻譜，如圖2所示。圖2譖波幅度請(qǐng)從圖中可看出11次諧波處出現(xiàn)了較高的毛刺。利用Simulink仿真模型中的Powergui模塊具體分析諧波分量。Powergui(Powergraphicaluserinterface)是一種用于電路和系統(tǒng)分析的圖形讀者界面[‘]。先介紹其使用方法，在Simulink模塊庫(kù)中點(diǎn)擊SimpowerSystem菜單欄，便可看到該模塊，將它添加到需要仿真的模型窗口文件中，雙擊即可彈出它的屬性參數(shù)對(duì)話框。利用其FFTAnalysis工具即可對(duì)仿真系統(tǒng)的一些重要變量進(jìn)行傅立葉分析，得到