谐波阻抗方法主要是将非线性负荷以谐波电流源来取代计算,且该谐波源一般是负载电压的函数,然后分别测量系统和用户的谐波阻抗,再根据PCC 点的电压、电流测量值来确定谐波源对PCC点的畸变影响,从而确定主要谐波源[18-20]。
1、阻抗测量方法
对负荷的各种情况进行划分,首先在无负荷母线失真下分析谐波阻抗,再分别分析在不考虑负荷失真和考虑任何母线失真的情况下谐波电流注入法的原理。此类方法原理上比较清楚和完善,长期以来受到较多的关注,取得了不少的进展。
2、基于畸变负荷特性的方法
在复杂的多负荷系统中定量分析某单一用户的谐波失真的新方法。与传统的将负荷分为“线性负荷和非线性负荷”不同,把负荷分为畸变负荷与非畸变负荷。非畸变负荷定义为:无论电流在什么情况下,都不会引起电压畸变的负荷,即无论频率怎样变化,PCC 点电压与负荷非畸变电流将呈线性关系。
由此进一步分析、推导可得到各谐波电流量,并最终将检测点的波形分解成两部份:从系统侧流向用户(负载)侧的各次谐波电流或功率;以及从用户侧流向系统侧的各次谐波电流或功率。并且,流向用户侧的非畸变电流包含基波与各次谐波,而流向系统侧的畸变电流只包含谐波电流。
该方法很好的解决了畸变负荷和非畸变负荷的分离问题,且在任何能进行谐波电压和电流同步测量的设备上都能实现,并能将系统侧和用户侧对测量点谐波失真的“贡献”分离开来。但是该算法尚不能合理的区分畸变负荷中的消除谐波畸变和放大谐波畸变两种情况。
3、负荷参数法
负荷参数法(load parametermethod,LPM),各负荷在电网谐波影响下的特性,并定量分析了单一非线性负荷在多谐波源系统中对检测点谐波的影响。以此来进行谐波源识别,并分析系统侧和负荷(用户)侧谐波的相互关系。如果负荷参数呈现线性,则该负荷电压和电流恒成固定比例,为线性负荷;反之则说明该负荷侧存在谐波源。并且,R或L变动越大,则相关负荷的非线性特性越强,产生的谐波越多。该方法考虑到负荷参数的变动所造成的影响,在时间间隔足够小的前提下,通过对一系列连续的测量数据来计算,而在测量的间隔认为负荷(R 或L)不变。该方法还提出了非线性因子的概念来评定各个非线性负荷的失真水平,并作为相关抑制策略的制定依据。
依靠对R或L 非线性程度的定量分析,该方法能较好地分析和预估配电系统在谐波影响下的行为特性,一定程度上可以作为用户负荷畸变程度的判定标准。但该判定方式的合理性以及其结果非线性程度判定的方法仍有待研究与验证,在实际应用还需要进一步的探讨。
4、临界阻抗法
基于谐波有功功率的方法在原理上存在缺陷,基于无功功率的方法则受谐波阻抗影响较大,且准确度不够高;而基于谐波阻抗的方法则存在测量困难等缺点。临界阻抗法(critical impedance method,CIM)则从无功功率的流向来进行判断,从而进行谐波定位,其原理比基于有功功率流向的方法更可靠,并且解决了在PCC点进行谐波检测时,能判断出是系统还是用户侧谐波占优的问题。该方法的原理是通过比较图2的戴维南等效回路中两个谐波电压源的大小,取较大的一个作为主谐波源:先分析系统等值电压源Eu∠0°产生的谐波无功功率,计算完全吸收这些无功功率所需要的阻抗值z,然后与两侧谐波阻抗和Z=zc zu比较,如果z>Z/2 则系统侧电压源幅值比较大,反之用户侧电压源幅值较大。
理论上,该方法既解决了谐波有功功率方法的原理性缺陷,一定程度上解决了无功功率方向法的不足,但是该方法也有其自身的缺点:在实际使用中,该方法还需预知大概的阻抗信息来起动算法,且认为系统中各处的谐波阻抗特性是一样的。
这样在实际应用中会带来较大的误差;当系统的等值阻抗已知时,采用本方法可以得出正确的结论,当系统含有两条支路且一侧未知时,CIM可通过给出的阻抗范围来检测主谐波源;当参数CI 超出设定范围时,该方法也不能得到确定的结论;该方法的设计过程忽略了电阻的影响,实际应用中也会受到一定的影响。
5、其它方法
Dan等学者将表征非线性负荷的特性的电流源进一步假定为不受负荷电压约束的量,即根据负荷在外加扰动的情况下,谐波电流和谐波电压幅值之间的相互关系来判断负荷中是否含有谐波源[22]。该方法是一种定性的方法,可以识别负荷中的谐波源,但不能将负荷中线性与非线性部分各自的谐波电流进行有效的区分。基于阻抗测量原理的方法原理清楚,过程明晰,得到了较好的发展,但实际操作中存在测量困难、仍难以处理多谐波源问题等缺陷。