[发明专利]基于实测电流特性曲线拟合的谐波源建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及谐波源建模方法，尤其涉及一种基于实测电流特性曲线拟合的谐波源建模方法，可应用于谐波源的仿真和谐波治理设备的设计。

背景技术

随着电力系统中各种非线性负荷设备的大量使用，这些非线性负荷设备对电网引起的谐波干扰也日益加剧。根据非线性负荷对电力网络中引入的电流、电压谐波类型，可以将其分为电流源型非线性负荷设备和电压源型非线性负荷设备，由于实际电力网络中的非线性负荷设备多为电流源型非线性负荷，因此为电力网络中的非线性负荷作为谐波电流源进行建模，可以对非线性负荷的谐波影响进行系统仿真研究，为谐波治理技术及措施提供仿真研究基础。

现有的电流源型非线性负荷建模主要有两种方法：

（1）根据负荷供电系统工作原理，搭建实际设备电路模型

该方法按照实际负荷设备供电电源的结构组成，采用电力电子元件搭建实际非线性负荷设备的电路模型，接入电力系统模型进行仿真，由于电力电子电路的非线性特性，在系统侧产生谐波电流。

利用该方法来搭建负荷设备谐波电流源模型的特点：其一是模型结构比较复杂，当实际中不同负荷设备的具体结构不同时，需要重新搭建模型；其二是模型产生的谐波电流属于理论研究中的理想情况，和实际设备的实测电流存在差异；其三是适于采用电力电子技术的直流供电的负荷设备，对于采用交流供电的负荷设备，并不适用。

（2）基于实测电流的谐波源建模方法

根据对非线性负荷设备电流的实际测试数据，通过电能质量谐波分析仪进行谐波分析，得出其基波及各次谐波含量情况，采用仿真系统中的电流源模型，通过基波及各主要次谐波叠加的方法进行合成，搭建该设备的谐波模型。

利用该方法来搭建谐波电流源模型的特点：其一是适用于采用交流供电的负荷设备，无法采用电力电子电路进行模型搭建；其二是一般选择该负荷设备主要含有的谐波进行合成，高次或含量少的谐波部分通常被忽略，与实际电流存在差异。

发明内容

本发明为了解决现有技术存在的上述不足，本发明专利的目的是根据非线性负荷设备的实测电流波形和基准电压波形，绘制出实际电流相对于基准电压的伏安特性曲线，通过对伏安特性曲线进行拟合的方法，提出一种基于PSCAD仿真系统的负荷设备谐波模型的建模方法，使得模型输出电流能够模拟复现实际设备的输出电流。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种基于实测电流特性曲线拟合的谐波源建模方法，实施步骤如下：

（1）对非线性负荷设备的实际电压、电流波形进行测试

对需要建模的非线性负荷设备的实际电压、电流波形进行测试，由于实际中电流波形畸变严重，谐波含量丰富，建模时设定输出为电流源。对该设备典型时段的实际电压、电流波形至少进行一个完整周期的测试，得到该设备实际电压、电流波形一个完整周波的数据。

（2）根据实际电压波形产生基准电压波形

根据实际测量得到的一个完整周期的实测电压数据，产生该设备的基准电压波形，该基准电压幅值等于实测电压的幅值，基准电压的相位等于实测电流波形的相位，并根据实测数据时的采样频率，模拟产生该设备的基准电压波形信号。

（3）绘制实测电流特性曲线

取半周期实测电流波形数据与基准电压波形数据，以电压值为横坐标，电流值为纵坐标，绘制实测电流伏安特性（I-V特性）曲线。

（4）采用分段方式对实测电流特性曲线进行多项式拟合

根据实测电流伏安特性曲线的总体趋势，采用分段拟合的方法，将半周期数据分成设定的段数，并利用Matlab的多项式拟合函数，拟合得出该设备的I-V特性曲线的数学表达式。另半个周期的伏安特性曲线的数学表达式，可以利用对称性得出。

（5）根据拟合结果编程实现谐波源模型输出控制

在PSCAD系统中，采用用户自定义模型功能，搭建该设备的模型，通过编程产生前述同样的基准电压波形数据，作为伏安特性的电压输入数据，根据拟合结果计算出实际电流大小，通过程序控制实现模型输出同样大小的电流，以此实现模型输出电流对实际电流的模拟输出，使得模型输出电流值在半个周波内的各点均等于实际设备输出的各点电流的大小，另半个周波利用对称关系得到，以实现可以复现实际电流波形的谐波源模型。

所述步骤（5）在PSCAD系统中，采用自定义模型，搭建含有谐波的设备模型的详细过程如下：

a)建立Fortran文件