电能质量综合治理系统仿真分析

张鹏飞

摘要：随着现代科学技术的快速发展，非线性负荷的应用引起的谐波电压、谐波电流和电磁干扰电能质量迅速恶化。基于这一背景，本文针对配电网电能质量谐波治理使用Matlab软件进行仿真分析。

关键词：Matlab软件；谐波治理；仿真模型

1 仿真模型的建立

根据电能质量综合治理系统方案，可以在Matlab中搭建其仿真模型，根据某工厂的谐波实测数据，在软件中利用理想谐波源来模拟系统中的谐波情况，负载分为感应负载与可变负载；有源电力滤波器采用并联型结构，其补偿电流通过滤波电感以及耦合变压器之后注入到电网。

为了模拟配电网中常见的冲击性负荷，将低压侧接感性负载与可变负载，且为了方便在某一时刻投入负载，将断路器与可变负载相连。本文在Matlab/sinmulink仿真平台中搭建了一套工业配电网电能质量综合治理系统的仿真模并，如图1所示：

锁相环的主要目的是用于频率和相位的控制，输入到控制系统中，以保持输出电流与电网电压同相，在MATLAB中建立了锁相环。

2 投入冲击性负荷时无功补偿效果

为了更好地模拟负载突变，本文设置了两种不同类型的负载，分别为感应负载和可变负载。采用这两种负载模拟工业配电网中负荷状况，并对该系统进行综合治理，验证了不同负荷下的无功补偿效果。

2.1 只投一组感性负载

系统仿真时间为0.1s，在0.04s时投入有源电力滤波器后的系统网侧电压、电流、功率因数、无功及有功功率很明显出现极短时间内电流波形与电压波形实现了同相位，功率因数基本为1。可以得知工业配电网高压侧的无功得到了很好的补偿，功率因数由0.88达到了补偿后的0.99以上。分析结果表明，有源电力滤波器对工业配电网中的无功功率具有良好的动态补偿性能。

假设投入两组负载时，在0.04s时刻投入有源电力滤波器的无功补偿波形与电压波形实现了同相位。类似于第一组负载下的补偿结果，在第二组负载运行时，该配电网系统的无功功率也达到了良好的补偿效果。表明本文给出的有源电力滤波器在不同负荷情况下都具有优良的无功补偿能力。

2.2 投入冲击性负荷时

为了真实模拟配电网中冲击性负荷的特点，在仿真模型中设置负载突变。设置0.04s时投入第一组负载，在0.12s时投入另一组负载，在投入负载时会有极短的暂态调节过程，调节过后电压与电流的相位差基本为零，这就说明冲击性负荷投入后系统在有源电力滤波器的作用下功率因数会很快得到改善。负载突变过程中A相的功率因数的变化图。此功率因数只在投入负载时有小范围的波动，在其它时刻功率因数都基本维持在0.99以上。仿真结果表明，本文提出的一种具有综合治理功能的有源电力滤波器在负载突变的情况下同样具有优良的动态补偿性能。

3 谐波治理效果

本文采用理想电流源来代替谐波电流，其流入网侧的谐波电流分别为3、5、7、11次并且其电流幅值设置为相等。在有源电力滤波器投入前电网由于受到非线性电力电子设备的影响，其电流畸变率非常大；在投入有源电力滤波器之后，电网三相电流波形基本呈正弦分布。从治理前后的电流傅里叶分析图得知，治理前网侧电流谐波总畸变率为35.04%；治理后网侧电流以上特征次谐波基本被消除了，总畸变率降到约为3.51%。

由Matlab软件进行仿真分析仿真得到的网侧各相电流治理前后谐波畸變率，可以看出本文提出的具有综合治理功能的有源电力滤波器对配电网的电能质量具有良好的治理效果。

参考文献：

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