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基于稳态测量的电力网络谐波阻抗的确定

基于稳态测量的电力网络谐波阻抗确定，是一种通过分析电力系统在稳态运行条件下各节点电压和电流的谐波分量，来估算网络各节点谐波阻抗的方法。该方法通常在系统正常运行状态下进行，避免了对系统施加扰动所带来的风险和干扰，具有较高的实用性和安全性。

其基本原理是利用测量得到的节点电压和电流的谐波频谱，结合电路理论中的欧姆定律和网络方程，推导出系统的等值谐波阻抗矩阵。常用方法包括注入谐波电流法、负荷变化法和最小二乘法等。通过多组测量数据，可以提高谐波阻抗估计的准确性和稳定性。

该方法广泛应用于电能质量分析、谐波源定位、谐波责任划分以及电力系统谐波建模等方面。尤其在分布式能源大量接入电网的背景下，准确掌握网络各节点的谐波阻抗特性db14／t 1322-2016标准下载，对于评估谐波传播路径、制定谐波治理策略具有重要意义。

电力系统中，各种非线性负载的日益增加导致了大量谐波电流注入电网，在一些地区已 威胁到电网的安全运行和电气设备的寿命。非线性负荷通常是以谐波电流为特征，所以经 常选择电流来表述扩散极限，而不用电压来表述。然而，当考虑新负荷接入电网时，经常 提出的问题是注入系统的谐波电流在负荷接入点处能形成多大的谐波电压为了进行确切的 换算，必须在负荷接入点处来测定系统的谐波阻抗。 现有的谐波阻抗的测量方法可分为两类：基于暂态的测量方法和基于稳态测量方法。 基于暂态的测量方法是将暂态扰动注入系统，通过测量由暂态扰动引起的电流和电压的暂态 响应来确定系统的谐波阻抗。这种方法存在的问题是需要对暂态扰动和暂态响应进行高速数 据采集处理。基于稳态的测量方法依赖一外部的谐波源，该谐波源向系统注入谐波电流 通过谐波电流的变化确定系统的谐波阻抗。 本文提出了一种基于稳态的谐波阻抗的测量方法，该方法通过记录系统（自然或人为的） 扰动前后的稳态量确定系统的谐波阻抗。由于是对稳态量的测量，因此该方法用通用、低廉 的电能质量测量装置就能实现

如图2.1中所示，电力系统由系统1和系统2构成，系统2向系统1注入谐波电流1 系统1端口形成的谐波电压为U，，系统2中存在扰动，系统2中的扰动将影响注入系统1 的谐波电流。假设扰动过程中系统1的谐波阻抗是不变的，测量并记录扰动前后谐波电流和 谐波电压1、U，，则系统1的谐波阻抗可有下面公式确定：

2.2对于三相电力系统谐波阻抗的测量

图2.1测量方法基本原理

在实际中，电力系统是三相的，而且不对称。进而言之，大多数情况下注入的谐波电流 也远不是对称的，通过单相的测量就得不到系统正确的阻抗。因此，对于测量三相电力系统 的谐波阻抗必须测量并必须记录所有相的扰动前、后的谐波电压，谐波电流。然后，将这些 量分解成正序、负序和零序分量。则系统谐波阻抗为：

△i 精度，当谐波电流变化非常小不满足 >1%时得到结果的误差就不准确式中△I (+)

为正序基波电流变化量。改变谐波电流的变化量，使其满足上不等式，可以得到系统的正序 负序谐波阻抗。对于三相对称的电力系统，系统的正序，负序谐波阻抗应该是相等的，然而 实际中的电力系统大多是不对称的，得出的结果往往不相等。在这种情况下，把谐波电流变 化较大的结果作为较准确的结果，考虑是否可以取这两个阻抗平均值以提高测量的精度。

2.3扰动前后测量的同步性

系统扰动前后稳态量测量的同步性很重要。测量系统扰动前和扰动后稳态量是含有幅值 和相位的相量，而应用公式（1）和（2）的前提要求这两个稳态量选择相同的参考相量，否 则用公式得出的结果就没有意义。解决这一问题的简便方法就是对系统扰动前后的波形进行 连续不间断的记录，如图2.2所示。图中记录了系统扰动前约3个周期，扰动后约4个周期 的稳态波形。可以取波形的第一个过零点时刻为扰动前和扰动后公共的参考时间点，分别对 扰动前后的稳态量进行傅立叶分析。为了提高精度，可以分别对扰动前后的稳态量进行平均。

图2.2电压信号采样波形图

2.4系统频率变化的影响

实际电力网络中系统频率是不断变化的，变化范围可达到0.1%。通常的电压和电流信 号采样装置是按照固定的采样频率（即每0.02秒采样128个点）进行采样。当电力网络系 统频率是一变量时，系统扰动前的采样和扰动后的采样将存在相位跳变，基波的一个很小的 相位跳变就会意味着谐波很大的相位跳变。如果不消除系统频率变化的影响，得到的阻抗结 果就存在很大的误差。 图2.3为系统频率变化引起相位变化的效果图。图中为第六个周期和第十三个周期的稳 态电压波形，可以看出第十三周期超前第六周期约两个采样点，约5.63度，归算到每个周 期的相位变化约为0.80度。因此，可以选择出系统扰动前或者扰动后稳态波形的第一个周 期和最后一个周期（由于扰动后的波形记录较多，所以通常选择用扰动后的稳态波形），根 据采样数据可以计算出这两个周期的相位差，该相位差除以这两个周期相隔的周期数就是每 个周期的相位变化。 则系统扰动后的电压和电流可用如下公式：

U=Une s =1ejno

式中：θ为每个周期的相位变化角，n为已选择的扰动前、后稳态波形间隔的周期数 则系统谐波阻抗计算公式如下：

图2.3系统频率变化引起波形相角跳变示意图

实际的电力系统中谐波产生的方式是复杂的，本文建立了等效的三相电力系统模型，系 统中谐波电压源为谐波源。系统的扰动可以选择滤波装置的投切，电容器组的投切或者电路 中某一支路的投切。滤波装置是抑制谐波源向系统注入谐波电流，滤波装置的投切作为系统 的扰动更能提高谐波电流的变化，使△I，增大，以满足测量要求。本文利用电容器组的投切 作为系统存在的扰动，系统存在的谐波电压将使谐波电流向系统流动，对该扰动负荷的切换 将引起谐波电流的改变。采样频率为每0.02秒采样128个点。图3.1为系统扰动后即电容器 组切换后的三相电流频谱。

图3.1系统扰动后的电流频谱

表3.1给出了采样分析后的正序和负序谐波阻抗值，以及谐波电流的变化和正序基波电 流变化的百分比。系统存在的扰动是电容器组的切换。可以看出在仿真中，测量系统的正序 谐波阻抗和负序谐波阻抗差别很小，这和理论上情况是一致的。系统扰动过程中谐波电流的 变化大小影响结果的精度34层高层商住楼施工组织设计，谐波电流的变化越大测量结果的精度就越高。表中6次和7次谐 波电流的变化都比较小，其中6次小于1%，谐波电流的变化越小信噪比就越小，在此情况 下的计算值和实际值相比，误差就比较大。同样，系统频率变化或采样的不同步性引起的 相位变化也影响测量的精度。表3.2给出了在考虑相位变化和不考虑相位变化两中情况下测 量结果的比较。可以看出，系统频率的变化对电抗部分的影响较小，13次谐波的电抗误差 约3.90%，而对电阻的影响就较大，误差可达30%以上。

表3.1系统谐波阻抗测量

表3.2相位变化对谐波阻抗测量的影响比较

为便于对仿真测量结果的计算结果的比较分析，增大了系统阻抗值。图3.2为谐波阻抗 测量结果和计算结果的比较图。可以看出基波到5次谐波阻抗测量值和计算值吻合情况比较 良好。随着频率的增大，电抗值吻合情况变化不大，而电阻值误差很大。

图3.2谐波阻抗测量结果和计算结果比较

本文介绍了一种谐波阻抗的测量方法并建立模型进行了仿真验证。得出以下结论：实际 中，电力系统是三相的，而且不对称db13／t 2807-2018标准下载，测量谐波阻抗必须考虑系统的三相不平衡性。测量的 不同步性和系统频率变化都将影响结果的精确度，考虑相位的变化对测量结果的影响以提高 测量精度。