DOC《计及谐波的功率因数测量方法*》

3 算例 构建基波正弦系统拓扑结构,如图2所示,供电电源电压基波正弦,在与用户2并联的负载上串联一个三次谐波电压源,可得到如图3的拓扑结构. 图2 接入谐波源前的拓扑结构 Fig.2 Topology structure before accessing harmonic source 图3 接入谐波源后的拓扑结构 Fig.3 Topology structure after accessing harmonic source 图中,用户2为线性阻感性负载,其两侧并联了一个谐波源负载,线路电阻r=1 Ω,线路电抗l=1 mH,其中,R1=R2=100 Ω,L1=L2=200 mH.本文假设用于仿真计算的电压电流信号u1(t)和u2(t)为: (10) (11) 通过快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)对用户2的电压电流信号进行分析,根据电压电流幅值和相位的计算结果,可得出该时段的基波有功功率、谐波有功功率、基波无功功率以及谐波无功功率.由有功功率和无功功率可以计算得到接入三次谐波电压源前和接入后的功率因数值,具体见表1. 表1 功率计算值 Tab.1 CalculationTab.1 Calculation value of electric power 基波有功功率/W 谐波有功功率/W 基波无功功率/Var 谐波无功功率/Var 接入前功率因数值 接入后功率因数值 34.71 1.45 21.77 2.78 0.8472 0.8273 由表1可看出,系统接入三次谐波电压源后功率因数值小于接入前的用户端功率因数值,线性用户不仅受谐波危害,由于功率因数变小,还要支付更多的电费,所以,未计及整数次谐波的功率因数计量方法将存在较大误差.也就是说,采用现有的功率因数计量模型,在电网电压电流信号中存在谐波的情况下,相比于正弦系统,线性用户功率因数值降低了,当降低幅度较大时,根据《功率因数调整电费办法》,线性用户需要支付更多的电费.线性用户不仅受谐波危害,还要支付更多的电费,这是十分不合理的.

4 计及谐波的功率因数计量模型 2010年,美国电气与电子工程师协会(IEEE)颁布了 IEEE.Std 1459-2010,该标准涵盖了最新确定的电参数测量的定义,经大量专家的验证,其定义的物理意义清晰,并且相应工程应用的成果论文也已大量发表[12-14].因此,本文随后进行的公式推导,都是基于 IEEE.Std 1459-2010标准中给出的相关电参数. 4.1 单相系统 单相非正弦系统中考虑谐波的视在功率计量模型为: (12) 式中 a,b,c为权重系数.其中,,

,IH称为谐波电流有效值,,

UH称为谐波电压有效值,;

;

,称为基波视在功率;

;

;

,称为谐波视在功率.那么功率因数计量模型为: (13) 式中 ,Phf表示系统中负有功功率的绝对值之和;

Phz表示正有功功率之和;

一般地,,

mhf具体取值可由电力公司结合用户产生谐波的危害程度来确定. 本文采用谐波功率判定方法来对用户的谐波责任进行划分.因此,谐波功率判定方法为式子(12)和(13)的提出提供了必要的支撑,根据谐波责任判定方法,系统存在以下4种情况. 当Ph>

0时,谐波功率主要由电网产生,电网应当承担全部责任;

当Ph........