摘要：该文归纳了在配电网中用于谐波源探测的多种方法，并进一步分析了它们的研究过程和其优缺点。着重讨论了三类典型的方法：第一类方法是目前常用的有功功率方向法；第二类方法是开关扰动法，在开发扰动法中又着力分析了诺顿、戴维南等值回路分析法和检测谐波传播水平的方法；第三类方法是叠加原理法。在研究和归纳了以上方法的基础上，该文提出了一种检测谐波源的新方法--临界阻抗法。关键词：谐波；谐波源；谐波源检测中图分类号：TM727文献标志码：B文章编号:1003-0867(2006)12-0005-03由于电力电子技术在电气设备中的广泛应用，以及其它非线性负荷的不断增加，农村配电网络中的谐波污染问题日益严重，已危及农村电力网和用电设备自身的安全和经济运行。为此，谐波问题的分析和综合治理也日益成为农网工作者广泛关注的课题。谐波源探测问题是谐波分析的一个重要分支，谐波源探测就是找出电力网中对电网谐波贡献较大的谐波源——主谐波源，从而实现对该谐波源的修正、补偿[1]。通过多年的研究，目前已经获得了一些用于分析公共耦合点（PCC）两侧谐波贡献的方法，其中有些方法已经作为检验主谐波源的依据被应用于实际系统当中。本文对于目前常用的方法进行整理，着重讨论三种典型的主谐波源检测方法，包括：功率方向法；诺顿、戴维南等值回路法以及叠加估计法。进而通过对于其机理的比较和实际应用分析，对于他们的优缺点进行了归纳和总结。在总结前人工作的基础上，本文介绍了一种新的主谐波源探测方法——临界阻抗法。1功率方向法利用系统的有功功率流向判定系统主谐波源是目前使用最为广泛的一种谐波源探测方法。功率方向法的基本原理是检测谐波有功的流向，认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基本原理功率方向法研究谐波功率的回路模型如图1所示。功率方向法的基本过程如下，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可以得到图1　有功功率方向法回路模型应用基频滤波器滤掉工频分量，则谐波电压可以表示为谐波电流为把（3）~（6）代入（2）得到p_h=v_Thuwisu=v_Thvwisv=直流分量 交流分量（7）直流分量可表示为如下形式式中θ——同相电压与电流之间的夹角。因而可得如下结论•P_h<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；•P_h>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应用分析优点：此方法不需要求出系统侧的谐波阻抗Z_s以及用户侧的谐波阻抗Z_n，原理简单，能够在配电网中较容易和精确的找到主谐波源。不足：TA，TV以及功率表的测量误差对结果影响较大，基频滤波器滤掉工频电压分量是此方法的一个重要环节，若不能全部滤掉工频分量则结果就失去的可信性。应用分析：从理论方面出发，在这种方法当中滤波器的应用会带来其它谐波成分的失真问题，因此该方法的结果带有误差，而此误差很难估计；另外，从实际应用的角度，该方法将谐波功率为正的方向定为谐波源的方向，长期以来人们都认为此方法条理清晰，理论分析正确，并且在实际系统中这种方法也作为一种工具使用了若干年。然而一些文献[4][5]中指出此方法在理论分析上不严格，它受到电压源相互之间夹角的影响，存在很大的不确定区，准确率只有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通过测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，从而分析电网特性的一种谐波分析方法。2.1基本原理诺顿、戴维南等值回路法的系统模型如图2所示，在图中可以看出系统侧由戴维南回路模拟而用户侧用诺顿模型模拟。谐波电压V_h和谐波电流I_h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V_h,₁,V_h,₂,I_h,₁和I_h,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）式分成实部和虚部，就可以得到四个等式，这样由于已知V₁，V₂，I₁，I₂，Φ₁，Φ₂的值，而电源侧一般都有变压器，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，这样就可以求出所有的系统参数V_Th，R，X，θ_v1，θ_v2。这样利用戴维南或诺顿等效回路就可以求出谐波的干扰问题。2.2应用分析优点：当系统结构发生改变时，可以很容易地得到以上的两次测量结果参数；戴维南和诺顿的混合模型是很稳定的，几乎适用于所有的系统。不足：计算戴维南等效回路要比计算诺顿等效回路困难；系统结构改变可能会引起共振。应用分析：这种方法适用于系统的所有参数都未知的情况。3叠加原理法叠加原理法的基本原理是假定已知系统的所有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。这样通过比较各个谐波源在公共耦合点（PCC）的谐波电流来判断主谐波源。3.1基本原理叠加原理法的诺顿模型如图3所示，同时假定系统的所有网络参数已知的情况下，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中可以看出谐波电流为图3　戴维南等值回路图4　谐波干扰拆分其中Z=Z_u Z_c，I_E和I_V分别为当谐波电压源E和V作用时的PCC点的电流。在此方法中|I_E|和|I_V|可以作为判别谐波源的指标。若|I_E|>|I_V|，说明E侧在PCC点比V侧有更大的谐波干扰。从公式（15）到（17）式可以得到若|I_E|>|I_V|，那么|E|>|V|（18）假设通过测量得到了V和I的值，若我们能够同样“测量”出E的值，那么用它和V相比较，则可以直接判断出主谐波源。3.2应用分析优点：此方法在检测各个电压源对于公共耦合点的谐波贡献方面简单、有效；此方法能够直接应用于数字式电能表。不足：此方法的应用前提是所有的系统参数已知，但这在实际系统中很难实现。应用分析：由于系统的所有参数很难精确得到，故此方法不适于主谐波源探测的实际应用，但这种方法在理论分析上完全正确，并且在仿真实验中系统的所有参数都已经设定好了，故此叠加原理法可以作为其它主谐波源探测算法仿真结果校验的标准。4临界阻抗法通过对于以往常见的谐波源检测方法的学习和分析，本文提出了一种新的通过在公共耦合点寻找系统谐波阻抗与电压源之间的关系来进行主谐波源判别的新方法——临界阻抗法(CIM)。根据回路理论分析，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。临界阻抗可以作为衡量较大电压源的一个标准，从而可以用它来找到系统的主谐波源，也就是说临界阻抗法的基本原理是通过计算系统的等效临界阻抗，并通过和系统阻抗进行比较，从而判断公共耦合点两侧的谐波贡献。对于临界阻抗法的分析和应用在文献[11]和文献[15]中给出了详细介绍，本文只对基本原理做简单描述。图5给出了临界阻抗法的简化等值回路模型，根据此模型在假定阻抗Z为感性阻抗的前提下，图6给出了以电流为参考相量的电压相角关系图。从图6的扇形区中分析电压E和阻抗Z的关系，得到电压V处于圆周上时Z_cr=-2(V/I)sin(θ β)，(-180°<θ<180°)（19）同理若阻抗Z为容性阻抗Z=R-jX，则同样可以得到一个ZcrZ_cr=-2(V/I)sin(θ-β)，(-180°<θ<180°)（20）取Z_m为系统的测量阻抗，可以得到如下结论。图5　简化等效模型图6　电压相角关系图若：Z_m=Z_cr，则有：|E|=|V|，即：两侧对于PCC点有相同的谐波贡献；若：Z_m<Z_cr，则有：|E|<|V|，即：测量侧（本侧）对于PCC点具有较大的谐波贡献；若：Z_m>Z_cr，则有：|E|>|V|，即：对侧对于PCC点具有较大的谐波贡献。针对本方法进行了大量的仿真试验，结果表明：对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一致；若系统等效单端谐波源系统即含有两个分支，且只有一侧系统阻抗已知，则临界阻抗法能够给出系统阻抗未知的一侧的阻抗范围进而判断主谐波源。5结束语随着谐波问题在农村电网中日益突出，谐波源检测方法的准确性和实用性越来越得到广泛关注。本文通过对于常见的三种谐波源检测方法进行原理解析和实用性分析后发现，功率方向法虽然原理简单、实用性强，但是此方法理论基础不严格；叠加原理法虽然理论正确、方法简单，但是需要已知系统参数，这在实际系统中很难满足；诺顿、戴维南等值回路法虽可以在系统参数未知的情况下进行参数识别，但是分析计算复杂。总之，这些方法都不适于实际应用。在此基础上，本文提出了一种临界阻抗法，本方法主要采用系统阻抗和临界阻抗大小的比较来判别谐波源，方法简单、条理清晰；另外，本方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，这些数据都能够通过测量或推导取得，这一条件使本方法可以实用化。