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随着电力电子装置等非线性负载在电网中的广泛应用,以谐波为代表的电能质量污染问题变得日益突出。谐波分析已经成为电力系统分析中的关键组成部分,用以研究电力系统规划运行中与谐波相关的各类问题,如分析节点电压和支路电流波形的畸变程度,计算公用电网接入处或电力用户并网侧的谐波电流注入,判断系统是否处于谐波谐振状态以及如何采取措施减小谐振发生的可能性。谐波监测装置价格昂贵,装设监测装置监控电网的谐波分布成本较高;筹建中的电力用户,在并网运行之前无法测量其谐波注入。因此需建立系统或用户的谐波分析模型,以进行谐波仿真计算或其它电能质量分析。本文围绕这一主题,开展含非线性负载电力用户电能质量通用分析系统的研究。
本论文的主要工作集中在谐波源建模和编写谐波分析程序两个方面。首先在参考现有的谐波源模型和建模方法的基础之上,提出了两种简单实用并且可满足工程精度的谐波源建模方法:其一是基于现场测量数据的建模方法,建立以功率为变量的谐波电流源模型,并以5组节能灯为例详细叙述建模过程且建立了节能灯的通用模型;其二是基于设计型实验数据的建模方法,建立谐波耦合系数矩阵模型,并以三相晶闸管相控整流电路为例,通过在MATLAB/SIMULINK仿真来模拟实验以建立其矩阵模型。然后针对各类用户中主要谐波源的电能质量特性及其数学模型的建立展开工作,其中针对商业用户、居民用户和交通用户中的主要非线性负载进行现场调研,根据现阶段的实验数据给出相应的谐波电流源频谱模型或通用模型。接着分析比较了几种谐波计算的算法,并用面向对象语言C++编写了谐波频率扫描程序和考虑低次谐波潮流对基波潮流影响且两者相互解耦的谐波潮流分析程序。该程序可以用于含单个或多个非线性负载电力用户的谐波分析,并以IEEE-9节点系统为例进行了谐波计算。文章最后初步搭建所研究的含非线性负载电力用户电能质量通用分析系统的整体框架结构,并对各个功能子系统进行详细介绍。