电力系统谐波负载模型分析与研究摘要：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110RV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文章编号：10047373X(2013)15?0115?04AnalysisofpowersystemharmonicloadmodelLUHui?huil,SUCheng?yuel,ZHANGWen?jia2,ZHOUHuai?jiel,LIUJing?tao2,LIULi?binl(1.GuangdongUniversityofTechnology,Guangzhou510006,China；2.GuangzhouPowerSupplystationCo.,Ltd・,Guangzhou510730,China)Abstract：Asthenonlinear1oadpowerincreases,theharmonicdistortionprobleminpowersystemsisserious.Thecommonnonlinearloadisdiscussedinthispaper.Acompletenonlearloadsimulationmodelwasconstructedtosupplypowertoasynchronousmotorbytherectifierfrequencycircuitsandatransformerconverting110kVto400V.Onlytheharmonicdistortionrateofthethirdphasebridgerectifiercircuitmoduleismorethan32%,butharmoniccomponentsisgreatlyreducedbyaddingaharmoniceliminationmoduleinthemodel.Thesimulationresultsshowthatthetotalharmonicdistortionrateofthenonlinearloadisnotmorethan1.40%,whichcomplieswiththerelevantstatestandards,andprovidesatheoreticalbaseofharmonicpreventionandcontrolforenterprises.Keywords:powersystem；harmonicanalysis；loadmodel:rectifyingfrequencyconversiono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。目前国内外对电力系统的谐波分析人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］、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。冃前采用全控的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=23nIdsinwt~15sin5wt~17sin7cot.+lllsinllwt+113sinl3wt-117sinl7ot-119sinl9wt—］(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二23Id］,当控制角［aH0］时，只需用t~a］代替［3t］代入上式即可。则电流基波与各次谐波有效值分别为:［11=6nId,In=6nId,n=6m±1］(2)式中：［n］为特征谐波次数，［n二pm±l,］［p］为逆变器脉动数，［m］为正整数。2基于Matlab构造负载模型2.1整流器模型图1G)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］以及触发电路组成，由于晶闸管的单向可控导电性能，在负载上可以得到方向不变的直流电，改变晶闸管的控制角，可以调节输出直流电压和电流的大小。晶闸管触发电路输出脉冲与电源同步是电路正常工作的重耍条件。三相桥式全控电路是应用最广泛的整流电路，六个晶闸管依次相隔60。触发其必须采用双脉冲触发或宽脉冲触发方式，以保证每一瞬间都有两个晶闸管同时导通。三相桥式整流电路的仿真使用模型库中的三相桥和触发器的集成模块，其仿真模型如图1(b)所示,仿真波形分析如图2所示。表1三相电流各次谐波含量及总畸变率％［谐波次数\&3\&5\&7\&9\&11\&13\&15\&17\&19\&TIID\&A相\&0.14\&25.68\&11.41\&0.13\&10...