摘要：该文归结了在配电网中用于谐波源探测的多种办法，并进一步剖析了它们的研讨过程和其优缺陷。着重讨论了三类典型的办法：第一类办法是目前常用的有功功率方向法;第二类办法是开关扰动法，在开发扰动法中又着力剖析了诺顿、戴维南等值回路剖析法和检测谐波传播程度的办法;第三类办法是叠加原理法。在研讨和归结了以上办法的根底上，该文提出了一种检测谐波源的新办法--临界阻抗法。

由于电力电子技术在电气设备中的普遍应用，以及其它非线性负荷的不时增加，乡村配电网络中的谐波污染问题日益严重，已危及乡村电力网和用电设备本身的平安和经济运转。为此，谐波问题的剖析和综合管理也日益成为农网工作者普遍关注的课题。谐波源探测问题是谐波剖析的一个重要分支，谐波源探测就是找出电力网中对电网谐波奉献较大的谐波源——主谐波源，从而完成对该谐波源的修正、补偿[1]。

经过多年的研讨，目前曾经取得了一些用于剖析公共耦合点(PCC)两侧谐波奉献的办法，其中有些办法曾经作为检验主谐波源的根据被应用于实践系统当中。本文关于目前常用的办法停止整理，着重讨论三种典型的主谐波源检测办法，包括：功率方向法;诺顿、戴维南等值回路法以及叠加估量法。进而经过关于其机理的比拟和实践应用剖析，关于他们的优缺陷停止了归结和总结。在总结前人工作的根底上，本文引见了一种新的主谐波源探测办法——临界阻抗法。

1 功率方向法

应用系统的有功功率流向断定系统主谐波源是目前运用最为普遍的一种谐波源探测办法。功率方向法的根本原理是检测谐波有功的流向，以为产生谐波功率的一方为主谐波源或者说在公共耦合点对谐波干扰影响较大。

1.1 根本原理

功率方向法研讨谐波功率的回路模型如图1所示。功率方向法的根本过程如下，在公共耦合点取电压VT 和is，瞬时有功功率为

由两相功率表同样能够得到

图1有功功率方向法回路模型

应用基频滤波器滤掉工频重量，则谐波电压能够表示为

谐波电流为

把(3)~(6)代入(2)得到

ph=vThuwisu=vThvwisv=直流重量 + 交流重量 (7)

直流重量可表示为如下方式

式中θ——同相电压与电流之间的夹角。

因此可得如下结论

•Ph < 0：则谐波功率流入谐波源，也就是说用户侧具有较大的谐波源;

•Ph > 0：则谐波功率流向系统，也就是说系统侧具有较大的谐波源。

1.2 应用剖析

优点：此办法不需求求出系统侧的谐波阻抗Zs以及用户侧的谐波阻抗Zn，原理简单，可以在配电网中较容易和准确的找到主谐波源。

缺乏：TA，TV 以及功率表的丈量误差对结果影响较大，基频滤波器滤掉工频电压重量是此办法的一个重要环节，若不能全部滤掉工频重量则结果就失去的可信性。

应用剖析：从理论方面动身，在这种办法当中滤波器的应用会带来其它谐波成分的失真问题，因而该办法的结果带有误差，而此误差很难估量;另外，从实践应用的角度，该办法将谐波功率为正的方向定为谐波源的方向，长期以来人们都以为此办法条理明晰，理论剖析正确，并且在实践系统中这种办法也作为一种工具运用了若干年。但是一些文献[4][5]中指出此办法在理论剖析上不严厉，它遭到电压源互相之间夹角的影响，存在很大的不肯定区，精确率只要50%，不适于谐波源探测应用。

2 诺顿、戴维南等值回路法

诺顿、戴维南等值回路法是经过丈量系统配置变化前后公共耦合点(PCC点)电压和电流的变化来得到系统的参数，从而剖析电网特性的一种谐波剖析办法。

2.1 根本原理

诺顿、戴维南等值回路法的系统模型如图2所示，在图中能够看出系统侧由戴维南回路模仿而用户侧用诺顿模型模仿。

谐波电压Vh调和波电流Ih分别在电容开合前后得

图2诺顿、戴维南等值回路

到两个不同的值。用户侧用诺顿模型表示，从而用

其中Vh,1 , Vh,2 , Ih,1 和Ih,2 为已知，它们分别是开关变化前后的值。

系统侧回路用戴维南模型表示，故有：

把(13)和(14)式分红实部和虚部，就能够得到四个等式，这样由于已知V1，V2，I1，I2，Φ1，Φ2的值，而电源侧普通都有变压器，而变压器阻抗占绝大比例，且已知，故近似计算中可由变压器的谐波阻抗角近似等值阻抗角，也就是说X = (X/R)R，这样就能够求出一切的系统参数VTh，R，X，θv1，θv2。这样应用戴维南或诺顿等效回路就能够求出谐波的干扰问题。

2.2 应用剖析

优点：当系统构造发作改动时，能够很容易地得到以上的两次丈量结果参数;戴维南和诺顿的混合模型是很稳定的，简直适用于一切的系统。

缺乏：计算戴维南等效回路要比计算诺顿等效回路艰难;系统构造改动可能会惹起共振。

应用剖析：这种办法适用于系统的一切参数都未知的状况。

3 叠加原理法

叠加原理法的根本原理是假定已知系统的一切网络参数并把系统拆分，使每一个谐波电压源单独作用到系统当中。这样经过比拟各个谐波源在公共耦合点(PCC)的谐波电流来判别主谐波源。

3.1 根本原理

叠加原理法的诺顿模型如图3所示，同时假定系统的一切网络参数已知的状况下，把系统拆分，使得用户侧谐波电压源和系统侧谐波电压源都单独作用于系统如图4所示。

从图4中能够看出谐波电流为

图3戴维南等值回路

图4谐波干扰拆分

其中Z = Zu + Zc，IE 和IV 分别为当谐波电压源E和V作用时的PCC点的电流。在此办法中|IE| 和 |IV|能够作为判别谐波源的指标。若|IE| > |IV|，阐明E侧在PCC点比V侧有更大的谐波干扰。从公式(15)到(17)式能够得到

若|IE| > |IV|，那么|E| > |V| (18)

假定经过丈量得到了V和I的值，若我们可以同样“丈量”出E的值，那么用它和V相比拟，则能够直接判别出主谐波源。

3.2 应用剖析

优点：此办法在检测各个电压源关于公共耦合点的谐波奉献方面简单、有效;此办法可以直接应用于数字式电能表。

缺乏：此办法的应用前提是一切的系统参数已知，但这在实践系统中很难完成。

应用剖析：由于系统的一切参数很难准确得到，故此办法不适于主谐波源探测的实践应用，但这种办法在理论剖析上完整正确，并且在仿真实验中系统的一切参数都曾经设定好了，故此叠加原理法能够作为其它主谐波源探测算法仿真结果校验的规范。

4 临界阻抗法

经过关于以往常见的谐波源检测办法的学习和剖析，本文提出了一种新的经过在公共耦合点寻觅系统谐波阻抗与电压源之间的关系来停止主谐波源判别的新办法——临界阻抗法(CIM)。依据回路理论剖析，以图3为例，在回路中一定存在着一个阻抗Zcr使得|E| = |V|，我们就称Zcr为临界阻抗。临界阻抗能够作为权衡较大电压源的一个规范，从而能够用它来找到系统的主谐波源，也就是说临界阻抗法的根本原理是经过计算系统的等效临界阻抗，并经过和系统阻抗停止比拟，从而判别公共耦合点两侧的谐波奉献。关于临界阻抗法的剖析和应用在文献[11]和文献[15]中给出了细致引见，本文只对根本原理做简单描绘。

图5给出了临界阻抗法的简化等值回路模型，依据此模型在假定阻抗Z为理性阻抗的前提下，图6给出了以电流为参考相量的电压相角关系图。

从图6的扇形区中剖析电压E和阻抗Z的关系，得到电压V处于圆周上时

Zcr =-2(V/I)sin(θ+β)，(-180°<θ< 180°) (19)

同理若阻抗Z为容性阻抗Z = R - jX，则同样能够得到一个Zcr

Zcr =-2(V/I)sin(θ-β)，(-180°<θ< 180°) (20)

取Zm为系统的丈量阻抗，能够得到如下结论。

图5简化等效模型

图6电压相角关系图

若：Zm = Zcr，则有：|E| = |V|，即：两侧关于PCC点有相同的谐波奉献;

若：Zm < Zcr，则有：|E| < |V|，即：丈量侧(本侧)关于PCC点具有较大的谐波奉献;

若：Zm > Zcr，则有：|E| > |V|，即：对侧关于PCC点具有较大的谐波奉献。

针对本办法停止了大量的仿真实验，结果标明：关于单端谐波源系统如图5所示，若系统阻抗已知，临界阻抗法的仿真结果与叠加原理法分歧;若系统等效单端谐波源系统即含有两个分支，且只要一侧系统阻抗已知，则临界阻抗法可以给出系统阻抗未知的一侧的阻抗范围进而判别主谐波源。

5 完毕语

随着谐波问题在乡村电网中日益突出，谐波源检测办法的精确性和适用性越来越得到普遍关注。本文经过关于常见的三种谐波源检测办法停止原了解析和适用性剖析后发现，功率方向法固然原理简单、适用性强，但是此办法理论根底不严厉;叠加原理法固然理论正确、办法简单，但是需求已知系统参数，这在实践系统中很难满足;诺顿、戴维南等值回路法虽能够在系统参数未知的状况下停止参数辨认，但是剖析计算复杂。总之，这些办法都不适于实践应用。

在此根底上，本文提出了一种临界阻抗法，本办法主要采用系统阻抗和临界阻抗大小的比拟来判别谐波源，办法简单、条理明晰;另外，本办法所需的参数为电网回路中公共耦合点的电压V和电流I，以及电网等效阻抗Z，这些数据都可以经过丈量或推导获得，这一条件使本办法能够适用化。

城乡电网降损所采用的主要技术措施为：高压引入城乡负荷中心;合理设置补偿设备，进步功率因数，减少无功保送;电网升压改造;选用新型节能变压器;线路经济运转;主变压器经济运转;调整电网运转电压。现就以上降损措施和效果剖析如下。

1 高压引入城乡负荷中心

随着城乡负荷的不时增长，原有35 kV或6～10 kV配网的负荷越来越重，假如不设法减小供电半径，不但电压质量不能保证，线损电量也将到达不能允许的水平。对这种电网应采用110～220 kV高压引入的方式停止改造。例如：某城镇电网原有一座110/35/10 kV变电所，其中110 kV进线一回，线路功率损失为453 kW， 35 kV出线三回，线路功率损失为734 kW， 10 kV出线六回，线路功率损失为531 kW，变压器损失为461 kW，功率损失合计2179 kW。后在负荷中心左近建一座110/10 kV变电所，使六回10 kV线路的供电半径大为缩短。变电所投入运转后，各条线路的总功率损失降落为1004 kW，主变压器的功率损失降落为435 kW，总功率损失降低为1439 kW。损失共计降落了740 kW。依照该变电所的损失率0.71和损失因数0.545计算，每年可节约线损电量3.5 GWh，这一措施不但进步了供电才能，改善了电压质量，而且变电所和110 kV分支线路的全部投资可在短期内收回，降损效果是显著的。

2 合理设置补偿设备，进步功率因数，减少无功保送

电网合理配置补偿安装，对进步功率因数，降低网损很有必要。无功补偿应坚持“全面规划、合理规划、分级补偿、就地均衡”及“集中补偿与分散补偿相分离，以分散补偿为主;高压补偿与低压补偿相分离，以低压补偿为主;调压与降损相分离，以降损为主”的准绳。变电所宜采用密集型电容器补偿，按无功规划配置容量，无规划的可按主变压器容量的10%～15%配置。配电变压器的无功补偿可按配电变压器容量的10%～15%配置，线路无功补偿电容器不应与配电变压器同台架设。

进步功率因数与降低线损的关系可按(1)式停止计算

ΔPxs% = [1 - (cosφ1/cosφ2)2]×100% (1)

式中ΔPxs%——降低线损百分数;

cosφ1——原有功率因数;

cosφ2——进步后功率因数。

例如：现功率因数为0.7，进步到0.95后，线路损失减少计算如下

ΔPxs% = [1 - (0.7/0.95)2] ×100% = 46%

3 电网升压改造

电网中，有功损耗ΔP = (P2+Q2)R/U2;在负荷功率不变的条件下，进步电网电压，有功损耗将随之降低。因而升压是降低损耗的有效措施。升压能够和旧电力网的改造分离停止，对一些非规范电压等级的线路和电网，更应积极升压改造，以标准电压等级，简化电网构造，减少变电反复容量，顺应负荷增长需求，并降低损耗。升压的降损效果见表1。

表1电网升压的降损效果表

4 选用新型节能变压器，改换高耗能变压器

《乡村电网建立与改造技术准绳》规则：新上主变压器必需采用新型节能变压器，高耗能变压器三年内全部改换终了。表2列出几种变压器参数停止比拟，计算条件：乡村电价按0.7元/kWh计;变压器年应用小时按2600 h计，年最大负荷按1000 h计。

表2几种配电变压器技术参数比拟

由表2能够看出，SL7型变压器损耗电能最大，而COOPER的低损耗变压器负载损耗小，但价钱贵，不宜在城乡电网中大范围应用。国产非晶合金铁芯配电变压用具有空载损耗很小的明显优势，其空载损耗仅为同容量S9系列变压器空载损耗的1/5，较合适乡村的用电特性。而比S9系列变压器在投资上的差额能够在 6年之内从电能节约的价值中得到补偿。目前配电变压器的折旧年限为18年，则在7年至第18年时间内，不但曾经回收投资本钱，还能够发明更多的经济效益。例如：某市共有22个乡镇，按每个乡镇15个自然村，每个自然村设置5台50 kVA的变压器计算，需置办1650台变压器。若运用S9-50/10 kV配电变压器年空载损耗电量约2.31 GWh，而运用非晶合金铁芯配电变压器，则可减少空载损耗电量1.84 GWh，价值128万元。可见城乡电网建立和改造中，选择非晶合金铁芯变压器是合理的，它不只契合节能的请求，而且投资能较快收回。因而城乡电网建立改造中宜选用非晶合金铁芯变压器。

5 线路经济运转

线路损失随电流和电阻的变化而变化，因与电流为平方关系，所以电流的变化对线损的影响大，导线上的电流多大为合理，不只要满足平安请求，还应有经济电流的规则，经济电流小于平安电流，固然超越经济电流还能运转，但损失大增，这是极不合理的。长期应该是按经济电流运转，短时间按平安电流控制，这样既平安又经济。关于某些运转电流过大，导线截面太小的线路应采取转移负荷、改动运转方式或改换导线等措施。表3罗列几种钢芯铝绞线的经济电流和平安电流供参考。

表3几种钢芯铝绞线的经济电流和平安电流

6 主变压器经济运转

变电所对几台并联运转的变压器，要思索经济运转的问题，经济运转的方式应以变压器损失的大小来肯定。变压器的损失分铁损和铜损，正常运转时，铁损根本不变，故又称不变损失;铜损则随负荷电流的平方而变化，故又称可变损失。依据对损失与负荷关系的剖析可知：当不变损失与可变损失相等时，变压器的效率最高，即变压器带这样的负荷最为经济。依据这个准绳，变电所或发电厂应将变压器的负荷停止剖析计算，得出按负荷投入变压器的容量和台数，使变压器运转时最为经济。

7 调整电网运转电压

传输相同的功率，功率损失与电压的平方成反比，因而，在允许范围内恰当调整运转电压，既可改善电能质量，又可降低线损，到达经济运转的目的。

调整运转电压普通可采取调整变压器分接头，投切电容器等办法。

总之，城乡电网的降损节能是一项综合性的系统工程，应从规划、建立、管理及运转等诸多方面停止思索，只要经过对电网现状的认真调查，提出合理可行的电网降损建立规划计划，制定和执行降损管理制度，展开经济调度运转，才干完成投资少，降损效益显著的目的。