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[信息与通信]第六章波形畸变与电力谐波
第六章 波形畸变与电力谐波 第一节 概 述 电力系统已经很难保证纯正弦波形了。近年来,由于电力电子设备的广泛使用导致谐波含量不断增加,谐波已经成为电气工程中一个重要的问题。 谐波干扰一般由非线性电压/电流特性的设备产生。现在大部分工业、商业和家庭负荷都是非线性的,使得低压供电网(乃至高电压等级电网)中的谐波干扰水平成为一个严重问题。 第一节 概 述 谐波畸变可以看作是对电力系统的一种污染,谐波电流总量超过一个特定限值时会给系统带来很多问题。 基于上述原因,现如今谐波和与其相关联的电磁干扰问题已经成为研究的热点。 第一节 概 述 2. 现代电力系统强调功率处理与控制的能力 现代电力系统对电能形态提出了新的要求: 一、以适合于用电负荷需要的最佳电能形态提供电力,满足用户对不同频率、电压、电流、波形及相数的要求,顺应生产与产品多样性、个性化、高效益的发展趋势。 二、随着超大容量的电力电子装置的实用化,现代电力系统正试图将其快速、实时与灵活可控应用于电网的电能输送与分配,达到可靠稳定,高效经济运行的目的。 三、FACTS技术与CUSTOM POWER技术。 近年来,电力电子技术领域的发展异常迅猛,主要原因有以下 两点: 1) 做为高新技术蓬勃发展的基础和先导,功率半导体制造技术 的进步使得开关器件的功率处理能力和切换速度有了显著的 提高,电力电子装置的市场在不断扩大。 2) 微电子技术和计算机技术的革命性进步使电力电子装置控制 器的性能取得了很大进展; FACTS分类框图 大功率器件制造水平迅速提高,大容量电力电子技术应用日益广泛 电力电子变换的基本方式-技术分类 电压和电流波形严重畸变问题日益突出,非正弦波形条件必须面对 但是,作为供电电源与用电设备间的非线性接口电路,在完成(实现)功率控制和处理的同时,所有电力电子装置都不可避免地产生非正弦波形,向电网注入谐波电流,使公共连接点( PCC )的电压波形严重畸变,产生很强的电磁干扰( EMI )。并且随着功率变换装置容量的不断增大、使用数量的迅速上升和控制方式的多样性等,电力电子装置潜在的负作用会日益突出。电力谐波及其危害已成为现代电力系统的一大重要问题。 第一节 概 述 3. 电力系统谐波问题的提出 从电力工业发展历史来看,电力系统波形畸变问题早在1935年 就已被一些德国专家 (Rissik.H等)所关注,并有相应的论著发表。 1945年有了谐波的经典论文 (付氏分析做为谐波计算的基础)。但是 其影响与推动远未与实际需求相吻合。 70年代初,美国的Kimbark教授从HVDC的研究出发,理论性、 权威性地分析了电力系统谐波问题。 IEEE也从电力系统谐波工作组报告为始,正式将其列为专门学 术问题,有组织地加以研究,并且于八十年代(’86)开始每2年召 开一次世界性会议并出版论文集。 第一节 概 述 4.有关谐波问题的若干认识 4.1 从世界性的能源和环境角度来认识电力系统谐波研究 工作的重要性和必要性 近年来,全世界科技界普遍关注着被称为世界性的 两大问题,即 能源(降损节能、合理开发和应用), 环境(环保意识、环境改善与治理)。 绿色(洁净环境,食品,电源 ……. ) 第一节 概 述 可以说谐波问题是随电力电子技术的出现相伴而产生的,从合理使用能源出发,大量使用大功率电力电子装置(从电能产生到传递,消耗的全过程中都有采用)是必然趋势,是主流方向,但是由此产生的负作用或者说与经典纯正弦波形相违背的结果,带来了电网公害-谐波污染,这是与世界性的自然环境问题相类同的电气环境污染问题,而且其影响面更大距离更远。为此,已有人提出了“电气环境工程学”之说。 第一节 概 述 4.2 谐波污染与危害 由于电力电子变换器是通过高频控制电压和电流的导通与关断从而实现电功率的控制与处理的,它必然形成陡峭的电压和电流变化,产生严重的波形畸变和高频电磁波,统称为电磁干扰-EMI。 干扰途径分类: 1)传导干扰(电压和电流传播与交互影响); 2)辐射干扰(电磁感应,静电耦合,电磁辐射) 在工程技术中,电力谐波污染主要表现为: 1)对电网安全稳定和经济运行的影响与危害; 2)对与其有牵连的电气信号的干扰与破坏。 第一节 概 述 在电力危害方面: 1) 旋转电机等的(换流变压器过载)附加谐波损耗与发热, 缩短使用寿命(由此,也有人认为谐波标准应当以能量 大小来估计更重要)。 2) 谐波谐振过电压,造成电气元件及设备的故障与损坏。 3) 电能测量的定义和方法不适应
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