工业电力系统中谐波滤波器在降低谐波失真方面的性能比较
由 1. Estifanos Dagnew Mitiku 出版12. Gebrie Teshome Aduye23. S. Abdul Rahman3, 4. 马希莱特·门特西诺特·阿布海4埃塞俄比亚贡德尔大学理工学院电气与计算机工程系（1、2、3），埃塞俄比亚贡德尔大学理工学院工业工程系（4） ORCID：1. 0000-0002-6613-3979，2. 0000-0003-1184-9184，3. 0000-0003-0134-8028，4. 0000-0001-7554-8562
关键词： 谐波滤波器s、谐波失真、总谐波失真、MATLAB/SIMULINK。
关键词：滤波器、谐波、总谐波失真
介绍
电源质量 电能质量 (PQ) 对电力公司和各用电水平的电力用户来说都是一个重要问题。电能质量问题之一是谐波，谐波是周期波或量的正弦分量，其频率是基频的整数倍，例如 50Hz 或 60Hz [1]。谐波电压是由电流谐波引起的，这些谐波是由非线性电子负载产生并注入供电系统的 [2]。
行业谐波失真测量
为了评估工业电力系统中的谐波畸变水平，需要在工业用户的进线点（即公共连接点 (PCC)，15kV 馈线上的分接点）进行监测。然而，由于从 PCC 到变压器一次侧的距离和线路阻抗可以忽略不计，因此如图 1 所示，将变压器一次侧作为 PCC [2]。
在所有机器同时运转的情况下测量工业谐波畸变，以观察工业负载的累积特性，并通过直接测量进行数据采集。经过适当的分析，对采集到的数据进行计算，并将其与IEEE谐波控制推荐实践标准[28]中设定的可接受值进行比较。
表1：通用配电系统（120V至69000V）电流畸变限值[2]。图1：监测位置和公共连接点。工业谐波畸变的测量是在所有机器同时运行时进行的，目的是观察工业负载的累积特性，数据采集通过直接测量完成。经过适当的分析，将采集的数据计算并与IEEE谐波控制推荐实践标准[28]中规定的可接受值进行比较。
PCC处15kV馈线的短路电流和额定电流平均值分别为10kA和1000A，由此得出I南卡罗来纳州/我L比率应在
表3显示了工业设备满负荷运行时的最大电压和电流谐波含量。
从记录的数据可以看出，主要的谐波电流是5次谐波。th和 7th在公共连接点 (PCC)，三相谐波和总电流 THD 值分别为 18.10%、18.33% 和 18.44%，均超过了 IEEE 标准（即 5%）。由于电流 THD 值超出标准值，因此应用了单调谐、双调谐、高通和 C 型谐波滤波器及其设计参数来降低谐波失真，并根据应用每种谐波滤波器时的电流 THD 百分比值来比较它们的性能。
工作原理
图2所示为用于降低谐波失真的电路。该电路包含开关、单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器、C型谐波滤波器以及负载。由于工业电力系统的非线性负载，当谐波电流注入系统时，电压和电流波形会发生畸变。为了比较谐波滤波器的性能，分别使用其设计参数和相应的开关，通过开关的开启和关闭来降低谐波失真。首先，单调谐滤波器开关开启，其他开关关闭。然后，高通滤波器开关开启，其他开关关闭。接下来，双调谐滤波器开关开启，其他开关关闭。最后，C型滤波器开关开启，其他开关关闭。为简化起见，图中仅考虑三相中的一相，因为为了降低谐波失真，控制电路仅从同一相取电。
仿真结果
本文使用MATLAB/SIMULINK软件对谐波畸变进行了仿真。为了比较不同谐波滤波器在降低工业电力系统中由非线性负载引起的谐波畸变方面的性能，本文对单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器和C型滤波器等谐波滤波器进行了仿真，并采用了设计参数。为了进行比较，下文展示了应用谐波滤波器前后电源侧和负载侧的电压和电流波形。工业系统中的非线性负载由附近的变电站供电，这些非线性负载会吸收波形畸变的谐波电流。仿真采用谐波滤波器的设计参数，标称线电压为400V，工作频率为50Hz，标称无功功率为50kVAR，品质因数为7，调谐频率设置为5。th和 7th谐波。
图 3 显示了应用谐波滤波器之前的电压和电流波形。
该行业存在由电力公司供电的非线性负载，这些负载会产生如图 3 所示的畸变谐波电压和电流波形。如图 4 所示，快速傅里叶变换 (FFT) 分析表明，总谐波失真 (THD) 值为 18.33%，高于 IEEE 标准规定的可接受限值（即本研究中的 5%）。因此，为了降低谐波失真，本文设计了单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器和 C 型谐波滤波器，并将其安装在工业电力系统的适当位置；最终，谐波失真得到降低，并对它们的性能进行了比较。
单调谐谐波滤波器
高通谐波滤波器
双调谐谐波滤波器
C型谐波滤波器
结论
本文研究了工业电力系统中谐波滤波器在降低谐波畸变方面的性能比较。工业非线性负载产生的谐波畸变导致总谐波失真（THD）为18.33%。采用单调谐谐波滤波器后，THD降低至5.08%。而采用高通谐波滤波器后，THD为5.09%。双调谐谐波滤波器可将THD降低至4.00%。最后，采用C型谐波滤波器后，THD降至4.68%。因此，从仿真结果和FFT分析可以看出，双调谐谐波滤波器在将谐波失真降低到IEEE标准规定的可接受幅度（即本研究中小于5%）方面，比单调谐、高通和C型谐波滤波器具有更好的性能。建议工业界在变压器二次侧使用双调谐谐波滤波器，以消除谐波引起的额外发热、误跳闸和设备故障，从而避免工业生产损失。
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参考
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[28] CRCP Llc，电力质量 © 2002。2002年。
作者：讲师 Estifanos Dagnew Mitiku 先生，贡德尔大学技术学院电气与计算机工程系，埃塞俄比亚贡德尔，邮箱：est7eced@gmail.com；讲师 Gebrie Teshome Aduye 先生，贡德尔大学技术学院电气与计算机工程系，埃塞俄比亚贡德尔，邮箱：gebrie.415@gmail.com；副教授 Abdul Rahman 博士，贡德尔大学技术学院电气与计算机工程系，埃塞俄比亚贡德尔，邮箱：msajce.abdulrahman@gmail.com；讲师 Mahilet Mentesinot Abuhay 女士，贡德尔大学技术学院工业工程系，埃塞俄比亚贡德尔，邮箱：mahiletme@gmail.com。
来源及出版商项目标识符： 电气工程评论，ISSN 0033-2097，第98卷第3期/2022年。doi:10.15199/48.2022.03.12