MATLAB仿真的電能質(zhì)量研究

劉艷芳

摘 要：文章在介紹電能質(zhì)量的基礎(chǔ)概念知識，并研究和分析了電能質(zhì)量的影響因素，根據(jù)具體事例進(jìn)行電能質(zhì)量的綜合評估，對事例進(jìn)行MATLAB仿真。目前，我國實行網(wǎng)上競價，按質(zhì)定價的準(zhǔn)則。這將是電能質(zhì)量綜合評估問題研究與開發(fā)的方向。電能質(zhì)量評估對認(rèn)識電力系統(tǒng)電能質(zhì)量有重要意義，從而對改善電能質(zhì)量有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；MATLAB仿真；評估

1 電能質(zhì)量

1.1 電能質(zhì)量的概述

電力是目前工農(nóng)業(yè)和社會生活使用的最重要的能源之一。在電力供應(yīng)的發(fā)展過程中，電源的電能質(zhì)量一直都是用戶與發(fā)電機構(gòu)的關(guān)注的重點問題。對于電力系統(tǒng)來說，用來衡量電能質(zhì)量的優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)是電壓和頻率偏離值的多少。供應(yīng)電雙方大多比較傾向于效率高效、電源特性變化敏感、性能良好的電氣設(shè)備。由此，電力用戶與供電機構(gòu)對電能質(zhì)量的要求也不斷提高與深入。提高電能質(zhì)量確保了供用電系統(tǒng)能安全且穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)，是世界各國研究的熱點問題

電能質(zhì)量是指通過公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的質(zhì)量。由于系統(tǒng)中電力設(shè)備非線性或不對稱、負(fù)荷性質(zhì)多變，加之調(diào)控手段不完善及運行操作、外來干擾和各種故障等原因，產(chǎn)生了電網(wǎng)運行電力設(shè)備和供用電環(huán)節(jié)中的各種問題，電能質(zhì)量的概念隨之產(chǎn)生。

關(guān)于電能質(zhì)量的定義是造成用電設(shè)備故障或誤動作的任何電力問題都是電能質(zhì)量問題，其表現(xiàn)為電壓、電流或頻率的偏差。

1.2 電能質(zhì)量的重要指標(biāo)

電能質(zhì)量指標(biāo)主要包括：頻率偏差、電壓偏差、電壓波動與閃變、波形畸變等。各項質(zhì)量指標(biāo)均對電能質(zhì)量有相應(yīng)的影響，因此，調(diào)整各項指標(biāo)的值是保障電能質(zhì)量的必要條件。其中，電壓偏差越小，用電設(shè)施的運轉(zhuǎn)越安全、越經(jīng)濟(jì)，但也需要更多其他投入。即使系統(tǒng)頻率偏差工作在允許的范圍內(nèi)，也要嚴(yán)格控制系統(tǒng)頻率，從而確保了用戶和發(fā)電廠的電氣設(shè)備的正常運作。由非線性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流注入到電網(wǎng)，則電網(wǎng)的電壓波形會產(chǎn)生畸變，影響電網(wǎng)中各種設(shè)備的運轉(zhuǎn)。

1.3 改善電能質(zhì)量的措施

保證電能質(zhì)量的方法有兩種，一是改造電力網(wǎng)。通過裝備必要且合適的設(shè)備來抑制或抵消電力擾動，如安裝大功率電力電子裝置。這樣只需采用一般的措施就能對穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整。二是通過負(fù)荷調(diào)節(jié)，減小負(fù)荷敏感程度，但是很難做到。而且有時也需要用戶共同協(xié)調(diào)采取相應(yīng)辦法。如電能質(zhì)量的指標(biāo)要求很高而電力機構(gòu)無法獨立解決問題時。

2 MATLAB仿真的電能質(zhì)量研究

2.1 MATLAB仿真理論

基于MATLAB仿真在頻率-有功功率、電壓-無功功率分析方面具有簡明有效的特點。但基于MATLAB的方法在分析能力上確實具有重大的缺陷。以下是基于各種電路結(jié)構(gòu)的仿真理論。

2.2 本文算例基于三相橋式電路（阻-感性負(fù)載）的仿真

2.2.1.建立仿真模型如圖4-1所示

2.2.2.設(shè)置仿真參數(shù)為：算法（solver）ode15s，相對誤差（relativetolerance）1e-3，開始時間0s。結(jié)束時間0.05s。設(shè)置脈沖參數(shù)為：幅值1V，周期0.02s，占空比10%。設(shè)置電源參數(shù)為：電壓150v，其相限角度分別為0°、120°、240°。

30°脈沖時，整體波形圖4-2所示：

當(dāng)發(fā)電機頻率為49Hz時與電壓下降為100v時，得到仿真數(shù)據(jù)如下：

由表可知頻率變化，有功功率改變，電壓變化，有功功率也變化。所得結(jié)論與理論相一致。

3.3算例基于三相橋式半控整流電路的仿真（阻-感性負(fù)載）

3.3.1. 建立仿真模型如圖4-3所示

3.3.2.設(shè)置仿真參數(shù)為：算法（solver）ode15s，相對誤差（relativetolerance）1e-3，開始時間0s，結(jié)束時間0.05s。設(shè)置脈沖參數(shù)為：幅值1V，周期0.02s，占空比10%。設(shè)置電源參數(shù)為：電壓311v，其相限角度分別為0°、120°、240°。

60°脈沖下，輸入功率波形圖4-4如下：

當(dāng)發(fā)電機頻率降為49Hz與電壓降為200v時時，輸入與輸入有功功率下降，得到的仿真數(shù)據(jù)如下：

由表可知頻率變化，有功功率變化，電壓變化，功功率也變。所得結(jié)論與理論相一致。

3.4 總結(jié)

MATLAB仿真得出的電能質(zhì)量研究結(jié)果與理論相一致，電力系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行方式下各原動機輸入的機械功率和發(fā)電機輸出的電磁功率恒定且平衡，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速及相應(yīng)的頻率恒定。

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