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电能质量专题讲座 波形畸变与电力谐波 徐永海 华北电力大学电气与电子工程学院 电能质量研究所 内容提要 一、概 述 二、波形畸变的基本概念 三、供用电系统与城市电网典型谐波源 四、谐波的影响和危害 五、谐波谐振与放大 六、电力系统谐波抑制与无功功率补偿 七、无源与有源混合补偿技术 一、概 述 1.理想电力系统电能形态（输送功率）的特点 众所周知，理想电力系统应以单一频率(工频50Hz、 60Hz）、单一波形（正余弦函数sin，cos），若干电压等级 （高、中、低压等）的电能形态运行。 由于系统电路元件的线性特性所决定，其中以单一波形， 即期望的正弦函数形式为最优。 研究认为，当电压、电流为同样波形、同频同相位时 为能量传输的最高效率模式，这同样也是电力产品生产、输 送、转换所追求的最佳电能形态。 一、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、实时与可控性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。 （如动态无功补偿(SVC, STATCOM)、有源电力滤波(APF)、可控移相装置和统一潮流控制(UPFC)等独具电力领域特色的关键应用） 一、概 述 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 装置控制器的性能有了很大进展； 一、概 述 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。 一、概 述 3. 电力系统谐波问题的提出 3.1代表性的研究工作 从电力工业发展历史来看，电力系统波形畸变问题早在20世纪20年代就已被一些专家所关注，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。 一、概 述 3.2 一门新兴的跨学科研究方向 由于谐波问题逐渐被人们认识和了解，从其产生的原因，分析 计算的方法，危害与影响的机理，测量与仿真标准的制定，综合治 理的实施等方面的探索在不断深入，人们发现电力系统谐波做为电 工学科的一个分支技术，还广泛渗透和交叉在其它相关学科领域中，是一门新兴的跨学科的尚待加强的重点研究方向，它涉及到： 电力系统及其运行，负荷模型，信号分析与处理，通讯技术，电力 电子学，电机学、电磁兼容性以及质量管理和控制等等许多方面。 一、概 述 3.3 谐波问题研究方向 谐波研究是电工学科领域的重大课题。它在电力电子 技术、电力系统运行分析中占有十分重要的地位，又是 理论电工中一个基础性的课题。成为电工学科最活跃的 研究领域之一。 谐波研究大体可分为4个方向： ◆非正弦条件下功率定义和功率理论研究 ◆谐波源分析及电力系统谐波分析； ◆谐波抑制和补偿装置研制 ◆谐波测量与谐波标准制定 一、概 述 4. 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 ……. ） 一、概 述 电力工业是一个生产最佳能源产品（电力的生产、输送、分配、转换同时进行〕的大系统。 在电力