随着整流装置、电弧炉、变频装置、电气化铁路等非线性负荷的大量接入，系统中电压、电流波形畸变造成的谐波污染问题日益严重，这给配电网的经济运行及用户的安全用电造成了极大的影响。为了及时解决配电网中的谐波污染问题，达到分清谐波责任，简单有效的治理目的，正确识别综合负荷中的主要谐波源是至关重要的。

谐波源定位是通过测量某些点（如公共连接点）的电压、电流或功率值，在所测数据的基础上，采用相应的算法判定系统侧和用户侧谁是主要谐波源。若系统侧为主要谐波源，则对电压、电流畸变负主要责任；反之，则用户侧应承担主要责任。基于功率方向的方法简单直观、易于实现。然而，有功功率方向法易受PCC两侧电压相角差的影响，不能正确判断主谐波源位置。无功功率方向法和临界阻抗法等方法易受谐波阻抗估计值的影响；基于谐波阻抗的方法原理简单、清晰。然而，它的前提难以实现，因为谐波阻抗是在扰动情况下测量的，实际中的扰动具有随机性，很不稳定。

1、有功与无功功率方向法

有功功率方向法是传统的谐波源定位方法之一，若将系统侧到用户侧定义为正方向，由图可得，公共连接点（PCC）的有功功率、无功功率分别为：

其中,P_h是h次谐波的有功功率,Q_h是h次谐波的无功功率，E_s是系统侧等值谐波电压源，E_c是用户侧等值谐波电压源，δ_h是h次谐波电压、谐波电流的相角差，δ是PCC两侧等值谐波电压源的相角差。

由式(1)可得：当P_h>0时，系统侧发出较多的谐波功率，则认为系统侧为主要谐波源；当P_h<0时，用户侧发出较多的谐波功率，则认为用户侧是主要谐波源。这种方法比较直观，曾为大家所普遍接受。然而此方法已被证明存在不合理性。

由式(2)可得：无功功率的正负不仅与E_s-E_ccosδ的正负有关，而且与Z_c Z_s的正负也有关。在基波情况下，实际系统中的阻抗一般都为正值，而在谐波情况下，阻抗有可能出现负值。即使在Z_c Z_s为正的情况下，根据无功功率的正负，也只能判断E_s-E_ccosδ的正负。也就是说：当Q_h<0，无功功率为负的时候，可以得到E_s c,进而确定用户侧是主要谐波源；而当Q _h>0，无功功率为正的时候，则不能判断E _s和E _c的大小，进而不能确定主要谐波源位置。

有功与无功功率方向法的优点：简单直观，易于实现。

有功功率方向法的不足之处：

(1)结果易受PCC两侧电压相角差的影响，不能正确判断主谐波源位置。

(2)当某次谐波电压与谐波电流的相角差为90°时，该方法失效。

无功功率方向法的不足之处：结果易受谐波阻抗的影响，准确度一般只能达到50%。

2、基于GPS（Global Position System）技术的谐波源定位方法

从式(1)、式(2)中可看出，有功功率、无功功率的分母都与谐波阻抗有关。因此在保证PCC点两侧同步测量的情况下,综合利用有功功率和无功功率测量值，可以消除谐波阻抗的影响，进而得到谐波源定位的充要条件。

E _s、E _c,分别为PCC两侧电路的谐波开口电压幅值，都为正值，因此，判断E _c-E _s的正负，只需判断

根据PCC点的有功功率、无功功率以及PCC两侧等值谐波电压源的相角差，可得谐波源定位的判定条件如下：

该方法的优点：解决了无功功率方向法易受谐波阻抗的影响这一问题，同时利用有功功率和无功功率测量值，以及GPS同步测量技术来判断主要谐波源位置，发展前景较大。

该方法的不足之处：需要两侧等值谐波电压源的相角差，在某些情况下，该值较难精确得到，从而影响了该方法的使用范围。

3、临界阻抗(CI)法

为了进一步解决无功功率方向法的不足，提出了“临界阻抗(Critical Impedance)法”。

如图，该方法从分析系统等值电压源

“临界阻抗系数（CI）”：

当|CI| > X _max时，认为系统侧为主要谐波源；

当|CI| max，Xmin 为不同运行方式下，可能出现的X的最大值和最小值。

该方法的优点：在一定程度上解决了无功功率方向法的不足。

该方法的不足之处：

(1)认为谐波阻抗在系统中均匀分布，且需要估算系统侧和用户侧的谐波阻抗值，在实际应用中，这会带来较大的误差；

(2)当X _min<|CI| max时，不能得出确定的结论；

(3)分析是在忽略电阻的情况下进行的，在实际运行中，结果也会受到系统阻抗角的影响。

谐波源定位结论

近年来，尽管谐波源定位方法的研究取得了不少进展，但还有许多问题尚待解决（如谐波责任的区分）。虽然不断有新的算法应用于谐波源定位, 但这些方法在实际应用中都存在一定的局限性, 还需进一步讨论研究。今后，谐波源定位方法的发展应包括以下几个方面:

(1)进一步研究谐波电路理论和谐波功率理论, 并用于谐波源定位方法研究；

(2)提高测量电压、电流和功率值的精度，丰富现场运行数据，准确提取有效信息；

(3)找到一种准确计算谐波阻抗的方法；

(4)制定一套合理的技术指标、建立公平有效的谐波奖惩机制，用于区分谐波责任,约束谐波污染。 2100433B

尽管谐波源辨识问题的研究取得了不少进展,但是还有许多问题尚待解决,尤其是实际谐波责任的区分。虽然不断有新的理论和算法用于研究谐波源的定位,但是很多理论尚未得到统一的认识,还需进一步讨论研究。此外,用于工程实践的谐波源辨识技术还很不成熟,存在应用上的限制和错误,需要寻找新的理论基础和技术指标。这些研究工作主要包括以下方面:

(1)进一步研究谐波电路理论和谐波功率理论,并用于谐波源辨识研究;

(2)找到一个合适的技术指标用于定位谐波源(确定谐波源的大小和方向)与谐波责任的区分,该指标应具备相当的技术性和经济性,且易于实现;

(3)建立公平有效的谐波奖惩机制来定量约束各谐波源的谐波污染。

随着电力系统的解除管制和步入市场化运营,用户对电能质量的要求会越来越高。采用经济手段对谐波源负荷进行惩罚,对谐波的受害者进行补偿,引导用户采取适当的途径控制注入系统的谐波电流,是谐波防治的有效措施。传统的谐波源识别的判据偏向于定性分析电网中是否存在谐波源。在多谐波源系统中,如何准确识别谐波源并将各个谐波源所产生的谐波电流分离,确定其各自责任,仍然是一个值得探讨的问题。

对于复杂的配电网络,除一些大型的谐波源负荷能事先确定其位置,并根据其参数和运行方式计算其谐波电流以外,更多的负荷往往是由不同类型和容量的用电设备按照一定的网络接线组合而成的综合负荷,其中可能含有谐波源,也可能含有谐波的受害者。而且对于一条母线上连接两个或多个谐波源的情况,各谐波源之间存在着互相干扰的问题,其谐波电流可能相互抵消或增强,在总的谐波测量电流中所占比例也不相同。供电部门不可能对每一个节点负荷装设相应的监控和测量装置,每时每刻监控所有供电节点的谐波干扰水平,只能通过现场结合公共连接点PCC和潜在谐波源节点的测量基础上按照一定的判别原则来进行。

虽然目前实际应用最广泛的谐波源辨识方法是功率方向法,大量的电能质量管理装置也都是将其作为主要的判断依据。但是,负荷注入系统的谐波功率不仅取决于两侧电流幅值大小,还取决于二者之间的相位关系以及配电系统和综合负荷中线性部分的谐波阻抗。在一定的条件下,即使综合负荷中存在谐波源,也有可能从系统中吸收正的谐波功率。因此,向系统注入正的谐波功率只是负荷中存在谐波源的充分条件而非必要条件,仅在单谐波源条件下能够得到准确的辨识结果。

在复杂的配电系统中,采用这一判据进行谐波源的识别难免会造成遗漏和错误。而其它的判断准则也只能定性地识别系统中的谐波源,不能定量地将负荷中的谐波源和非谐波源区分,明确各自的责任。而且在工程实践中需要对实际的畸变电流和电压波形采样数据,不如功率方向法方便,也不便于谐波的综合治理。因此,找到一个合适的技术指标用于定位谐波源(确定谐波源的大小和方向)并定量确定谐波责任是十分必要和紧迫的。

（1）谐波源检测和识别技术近年来得到了较大的发展，也取得了不少的成就。但根据以上的分析，各方法仍存在一些缺陷，如SE 方法实现成本较高，应用范围受限；谐波有功功率方法将会受到PCC 点两侧谐波源相角差的影响；谐波无功功率方法的准确度不高；谐波阻抗法在测量上有一定的困难，还会受到系统运行方式变化的影响；ANN 的原理上尚存在较多需要解决的问题；利用GPS的方法尚无足够的理论和实践检验；基于谐波源的分析实现困难等。

（2）考虑其中的难点问题和尚未很好解决的问题，除了继续针对各算法进行改进外，尚须在以下方面着重考虑：减小甚至消除元件参数分散性和背景谐波的影响；较好地处理多谐波源问题。至于具体的研究方向和内容，则应视乎实现成本、应用领域和约束条件等综合考虑。 2100433B