电力谐波分析与检测系统的研究 参考资料.doc

华东师范大学硕十学位论文 第1章绪论 1.1.电力谐波研究的意义 随着电力电子技术的发展，电力电子装置带来的谐波问题对电力系统安全、 稳定构成潜在威胁，给周围电气环境带来了极大的影响。谐波被认为是电网的一 大公害，同时也阻碍了电力电子技术的发展。 理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅 值。谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种“污染”，它使用电设备所处 的环境恶化，引发各种电力故障。近三十年来，各种电力电子装置的迅速使用使 得公用电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的各种故障、火灾和事故也不断发 生，谐波危害的严重性刁’引起人们高度的关注。 谐波不仅对电力设备的安全使用构成危害，而且对电网电能计量造成很大的 影响，除了影响计量装置的精度外，它的流动方向对计量影响更大。在非线性系 统中，线性负载所消耗的功率除吸收有用的基波功率之外，还要被迫吸收一部分 谐波功率，目前用的电能表所显示的读数为基波电能与谐波电能之和;非线性负 载吸收基波功率，并将其中一部分转化为谐波功率，输送给电网。对于线性用户， 谐波功率不但无用，有时还会干扰其正常工作，它是谐波的“受害者”，反而会因 谐波的存在而多付电费;而对于非线性用户，它把所吸收的基波电能中的一部分 转化为一谐波电能输入电网，它是谐波的“制造者”，反而会因此少付电费，这显然 是不合理的。 另外，非线性负载所产生的谐波功率，输送给电网，造成了系统电压和频率 的波动，极大的影响了供电系统的稳定性。不但使系统设备耗能增加，造成巨大 的电力资源浪费，同时影响设备的使用寿命。 因而在非线性系统中，迫切需要定量的研究和分析电力谐波，认清能源浪费 的症结所在，通过科学治理，降低系统的无功占据，使功率因数达到国标或更高; 降低系统中的谐波含量，使其远远优于国家标准;通过调节和稳定系统的电压解 决耗能和设备使用寿命问题;同时合理调整线路的功率分配，提高负载利用率， 降低电能的损耗，以节约电能。 第2章电力谐波分析 2.1.谐波及其产生原因 所谓谐波是指一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。 周期为的非正弦电压u(m小在满足狄里赫利条件下，可分解为如下形 式的傅里叶级数: 式中，频率为的项即为谐波项，通常也称之为高次谐波。 电气设备中，有许多非线性负载，这些非线性负载能产生各次的高次谐波.被 称为谐波电流源。一般按其机理特征可以分为四大类:参数型谐波源、调制型谐 波源、暂态型谐波源与动态型谐波源。通常在工业用电系统中.主要谐波产生原 因为动态型谐波源，如电弧炉.其三相整流装置所产生的谐波特征主要是5次及 5次以上的高次谐波:而在民用建筑电气设备中.多数为调制型谐波源.如计算 机、家用电器、软启动器等含有的整流器、逆变器及变频器等等，这些电力电子 装置产生的谐波特征主要是3次及3次以上的高次谐波;另外由于变压器磁化曲 线的非线性.产生的励磁电流也含有高次谐波分量，主要是3次谐波和5次谐 波，称为暂态型谐波源。还有一些参数型谐波源，如在照明设计中常采用的气体 放电灯，其工作电流就含有谐波 当正弦基波电压施加于非线性负荷时，负荷吸收的电流与施加的电压波形不 同，畸变的电流影响电流回路中的配电设施，如变压器、导线、开关设备等。在 实际存在系统电源阻抗时，畸变电流将在阻抗上产生电压降，因而产生畸变电压， 畸变电压将对负荷产生影响。这些电力设备或用电设备负荷从电力系统中吸收的 畸变电流可以分解为基波和一系列的谐波电流分量，这样就产生了谐波电流，这 些谐波电流注入电网，就形成了电网谐波。例如，三相六脉动整流装置交流侧电 流I的傅里叶级数展开式为: 由上式可见交流侧电流含有谐波，谐波次数为(6K士1)次。 2.2.谐波的危害 谐波对电力系统的污染日益严重，谐波源的注入使电网谐波电流、谐波电压 增加，其危害波及全网，对各种电气设备有不同程度的影响和危害。主要表现在: (1)谐波影响各种电气设备的正常工作。对如发电机的旋转电机产生附加功率 损耗、发热、机械振动和噪声;对断路器，当电流波形过零点时，将使开断困难， 并且延长故障电流的切除时间。 (2)谐波对供电线路产生了附加损耗。架空线路谐波电流产生热损，较大的高 次谐波电流分量能显著地延缓潜供电流的熄灭，导致单相重合闸失败。电缆中的 谐波电流会产生热损，使电缆介损、温升增大，使线路电阻随频率增加而提高， 造成电能的浪费;由于中性线正常时流过电流很小，故其导线较细，当大量的三 次谐波流过中性线时，会使导线过热，损害绝缘，引起短路甚至火灾。 (3)使电网中的电容器产生谐振。工频下，系统装设的各种用途的电容器比系 统中的感抗要大得多，不会产生