基于电力系统分析的谐波检测.doc

绪论 近年来，随着我国工业化进程的不断加快，对我国环境的污染和破坏也空前加剧。电力系统也是一种“环境”，也面是临着污染，公用电网中的谐波电流和谐波电压就是对电网环境最严重的一种污染。电力电子装置是公用电网中最主要的谐波源，随着电力电子装置的应用日益广泛，电网中的谐波污染也日趋严重,并影响供电质量。正确认识谐波的危害，进行有效的谐波分析、测量、抑制和管理，已成为电力系统运行工作的重要部分。 谐波对电力系统或并联的负载会产生种种危害，危害的程度取决于谐波量的大小和现场条件等因素。谐波使各种设备出现故障，如电机负载加重，产生振荡转矩，转速周期性变化；还使变压器铁芯产生磁滞伸缩现象，噪音增加，甚至达到不能容许的程度；电压波形畸变对电机和变压器绝缘游离（局部放电）过程的产生和发展有很大的影响，引起绝缘介质强度降低，使用寿命缩短；谐波使电力电缆容量减小，损失增加，老化加剧，泄漏电流加大，有时引起单相对地击穿，造成三相短路；谐波对通讯设备、自动和远动装置、继电保护、测量设备和仪表等有各种危害。经济运行的角度，高次谐波使网损增加的问题也应引起足够的重视。所以，面对我国目前电网结构薄弱和输配电技术普遍存在的技术手段的落后、自动化水平低的现状，针对电压质量和谐波问题，研究电网谐波治理问题和无功补偿新技术及新装备，具有十分重要的理论和现实意义。[3] 1．1 谐波的定义 人们不禁会问：到底什么是“谐波”呢？谐波实际上是一种干扰，使电网受到“污染”。“谐波”这一名词起源于声学，在声学中谐波表示一根弦或一个空气柱以基波频率的倍数频率振动。电气学中所谓电网谐波，就是电网正弦电压波形畸变后，其波形可以按傅立叶级数进行分解，除了基波（50HZ）之外，还有一系列频率为基波频率整数倍的正（余）弦波，这些正（余）弦波称之为谐波。正式由于这些谐波注入了电网，就使得电网电压波形畸变。[14] 现在供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。目前，谐波危害问题已经越来越得到人们的关注。 1．2 谐波的产生 电网谐波来源于三个方面：其一是发电源质量不高产生谐波；其二是输电网产生谐波；其三是用电设备产生的谐波。其中以电气设备产生的谐波最多，具体情况如下： 1、整流设备。由于晶闸管整流的广泛应用（如电力机车的、路电解槽、电池充电器等），给电网造成大量的谐波。统计表明：由于整流装置产生的谐波占所有谐波的40%左右，这是最大的谐波源。 2、电弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃料不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的△形连接线圈而注入电网。其中主要是2～7次的谐波，平均可达基波的8%～20%，最大可达45%。 3、电力变压器。由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济型，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波，其次谐波电流可达额定电流的0.5%。 4、家用电器。如电视机、录像机、电子调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波；在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能是波形改变。 1．3 谐波的危害 70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。世界各国都对谐波问题予以充分和关注。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。电网谐波的危害主要有以下几点： 1、高次谐波的作用，能使电容器出现过电流与过负荷，温度增高，寿命减少，甚至出现发热、鼓肚、击穿或爆炸事故。同时在电压已经畸变的电网中，电容器的投入，还可能使电网的谐波加剧（谐波放大现象）。 2、相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同此谐波的有功功率与无功功率，从而降低电网电压，浪费电网容量。 3、谐波往往引起继电保护不工作或误动作，从而造成设备与系统的事故，尤其是半导体继电保护与整流型继电保护更为严重。 4、谐波能增大仪表的计量误差，干扰通讯网络的正常工作。 5、电机中有谐波电流，且频率接近某个零件的固有频率时，使电机产生机械振动并发出很大的噪声。 6、谐波对人体有影响。从人体生理学来看，人体细胞在受到刺激兴奋时，会在细胞膜静息电位基础上发生快速电波动或可逆翻转。其频率如果与谐波频率相接近，电网谐波的磁辐射就会直接影响人的脑磁场和心磁场。 1.4谐波的测量 谐波问题涉及面很广，包括对畸变波形的分析方法、谐波源分析、电网谐波潮流计算、谐波补偿和抑制、谐波限制标准以及谐波测量及在谐波情况下对各种电气量的测量方法