電能質量綜合治理系統仿真分析

張鵬飛

摘要：隨著現代科學技術的快速發展，非線性負荷的應用引起的諧波電壓、諧波電流和電磁干擾電能質量迅速惡化。基于這一背景，本文針對配電網電能質量諧波治理使用Matlab軟件進行仿真分析。

關鍵詞：Matlab軟件；諧波治理；仿真模型

1 仿真模型的建立

根據電能質量綜合治理系統方案，可以在Matlab中搭建其仿真模型，根據某工廠的諧波實測數據，在軟件中利用理想諧波源來模擬系統中的諧波情況，負載分為感應負載與可變負載；有源電力濾波器采用并聯型結構，其補償電流通過濾波電感以及耦合變壓器之后注入到電網。

為了模擬配電網中常見的沖擊性負荷，將低壓側接感性負載與可變負載，且為了方便在某一時刻投入負載，將斷路器與可變負載相連。本文在Matlab/sinmulink仿真平臺中搭建了一套工業配電網電能質量綜合治理系統的仿真模并，如圖1所示：

鎖相環的主要目的是用于頻率和相位的控制，輸入到控制系統中，以保持輸出電流與電網電壓同相，在MATLAB中建立了鎖相環。

2 投入沖擊性負荷時無功補償效果

為了更好地模擬負載突變，本文設置了兩種不同類型的負載，分別為感應負載和可變負載。采用這兩種負載模擬工業配電網中負荷狀況，并對該系統進行綜合治理，驗證了不同負荷下的無功補償效果。

2.1 只投一組感性負載

系統仿真時間為0.1s，在0.04s時投入有源電力濾波器后的系統網側電壓、電流、功率因數、無功及有功功率很明顯出現極短時間內電流波形與電壓波形實現了同相位，功率因數基本為1。可以得知工業配電網高壓側的無功得到了很好的補償，功率因數由0.88達到了補償后的0.99以上。分析結果表明，有源電力濾波器對工業配電網中的無功功率具有良好的動態補償性能。

假設投入兩組負載時，在0.04s時刻投入有源電力濾波器的無功補償波形與電壓波形實現了同相位。類似于第一組負載下的補償結果，在第二組負載運行時，該配電網系統的無功功率也達到了良好的補償效果。表明本文給出的有源電力濾波器在不同負荷情況下都具有優良的無功補償能力。

2.2 投入沖擊性負荷時

為了真實模擬配電網中沖擊性負荷的特點，在仿真模型中設置負載突變。設置0.04s時投入第一組負載，在0.12s時投入另一組負載，在投入負載時會有極短的暫態調節過程，調節過后電壓與電流的相位差基本為零，這就說明沖擊性負荷投入后系統在有源電力濾波器的作用下功率因數會很快得到改善。負載突變過程中A相的功率因數的變化圖。此功率因數只在投入負載時有小范圍的波動，在其它時刻功率因數都基本維持在0.99以上。仿真結果表明，本文提出的一種具有綜合治理功能的有源電力濾波器在負載突變的情況下同樣具有優良的動態補償性能。

3 諧波治理效果

本文采用理想電流源來代替諧波電流，其流入網側的諧波電流分別為3、5、7、11次并且其電流幅值設置為相等。在有源電力濾波器投入前電網由于受到非線性電力電子設備的影響，其電流畸變率非常大；在投入有源電力濾波器之后，電網三相電流波形基本呈正弦分布。從治理前后的電流傅里葉分析圖得知，治理前網側電流諧波總畸變率為35.04%；治理后網側電流以上特征次諧波基本被消除了，總畸變率降到約為3.51%。

由Matlab軟件進行仿真分析仿真得到的網側各相電流治理前后諧波畸變率，可以看出本文提出的具有綜合治理功能的有源電力濾波器對配電網的電能質量具有良好的治理效果。

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