电力系统谐波抑制及无功补偿方法的研究文献综述报告
电力系统谐波抑制及无功补偿方法的研究文献综述报告辽宁工业大学硕士研究生
研究方向: 电力系统谐波抑制
及无功补偿方法的研究
+++ 研究生:
11+++ 学号:
+++ 指导教师:
专业: 电气工程
辽宁工业大学研究生学院
文献综述
21 世纪能源与环境问题成为人类发展必须面对的重要问题，如何在保证可持续发展和保持良好环境的前提下为人类提供安全可靠、优质经济的电能，是电力系统面临的主要问题。国家“十一五”规划《纲要》提出推进国民经济和社会信息化，切实走新型工业化道路，坚持节约发展、清洁发展、安全发展，实现可持续发展。纲要明确指出:通过开发推广节能技
[1]术，实现技术节能。为电力工业的建设提出了明确要求。电力系统也是一种“环境”，面临着污染，各种电力电子装置所消耗的无功功率使电网的供电质量恶化，公用电网中的谐波电
[2]流和谐波电压是对电网环境影响最严重的一种污染。一方面是因为电力电子装置自身的非线性使得电网电压、电流发生畸变，产生了严重的谐波污染;另一方面是因为大多数电力电
[3]子装置本身功率因数很低，其无功需求给电网带来额外负担，会严重影响电网供电质量。
无功、谐波给电力系统和用户带来的负面影响主要有增大各类电气设备的额定电压和额定电流，引起额外的功率损耗，导致设备用电效率降低;“谐波影响各种电气设备的正常工作，导致继电保护和自动控制装置的误动作;对通信系统产生干扰，使其无法正常工作;谐波会
[4]引起公用电网中局部的并联和串联谐振”电网的谐波和无功问题日益突出，整个供配电系统的安全运行存在较大的隐患。世界各国电力系统近年来纷纷采用了动态无功补偿装置和谐
[5]波治理装置来提高电网的电能质量。电力电子装置的广泛应用,不但要消耗大量的无功功率,还有产生大量的谐波电流。因此,进一步深入无功补偿和谐波抑制的研究具有非常重要的意
[6]义，对无功补偿和谐波抑制的方法研究是今后一个重大研究课题。
1.国内外无功补偿和谐波抑制的研究
1.1国内外无功补偿的研究
无功功率补偿技术随着电力系统的出现而出现，并随着电力工业的发展和电力负荷的多样性而不断进步。电力系统发展到现在已出现三代无功补偿技术:同步发电机补偿、同步调相机补偿、并联电容器补偿、并联电抗器补偿等属于第一代补偿技术;基于自然关断晶闸管技术的SVC(相控电抗器(TCR)、磁控电抗器(MCR))属于第二代无功补偿技术;基于IGBT、IGCT等大功率可控器件的补偿装置SVG(Static VAR Genarator)属于第三代无功补偿技术。SVG是当前世界上最先进也是最复杂的补偿技术产品，它不再采用大容量的电容器、电抗器，而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功补偿的变换，在响应速度、稳定电网电压、降低系统损耗、增加传输能力、提高瞬变电压极限、降低谐波和减少占地面积等多方面具有更
[7]加优越的性能。
在国内，目前机械投切电容器的方式比较普遍。尤其加入控制系统后，在负荷波动幅度和频率变化不大，对响应速度要求不高的配电网络中，MSC以其优良的性价比，依然具有广泛
[8]的市场。目前国内比较先进，且占据一定市场份额的动态无功补偿装置是SVC。SVC接入系统中,电容器提供固定的容性无功Qc,补偿电抗器通过的电流决定了补偿电抗器输出感性无功QTCR的大小,感性无功和容性无功相抵消,只要能做到系统无功Qn=Qv(系统所需)-Qc+QTCR=常数(或0),则能实现电网功率因数=常数,电压几乎不波动,关键是准确控制晶闸管的触发角,得到所需的流过补偿电抗器的电流,晶闸管变流装置和控制系统能够可使TCR既能吸收感性
[9]无功功率也能吸收容性无功功率。1995年清华大学和河南省电力局共同研
制我国首台作为工业试验装置的?300 kvarSVGtl9，1999年清华大学和河南省电力局研制出具有工业应用水
[10]平的采用GTO的?20 Mvar SVG且并网成功。该装置在建模、主电路及参数设计方法、分布式链节控制与保护、系统控制策略等方面取得重大突破，核心技术达到了国际领先水平。[11]SVG与SVC相比，SVG具有5个优点:?调节速度快。SVC 内部的电力电子开关元件多为晶
闸管，晶闸管导通期间处于失控状态，使SVC每步补偿时间间隔至少约达工频的半个周期，而SVG采用GTO作为开关元件，GTO可在0.001s左右关断，因而其
补偿速度更快;?运行范围宽。在欠压条件下，SVG可通过调节其变流器交流侧电压的幅值和相位，使其所能提供的最大无功电流维持不变，仅受其电力半导体器件的电流量限制。而对SVC系统，由于其所能提供的最大电流受其并联电抗器的阻抗特性限制，因而随着电压的降低而减小;?可以在从感性到容性的整个范围中进行连续的无功调节;?SVG不需大容量的电容、电感等储能元件，其直流侧所使用的电抗器
和电容元件的容量远比SVC中使用的要小，这将大大缩小装置的体积和成本;?谐波含量小。SVG在采取多重化技术、多电平技术或PWM技术等措施后，可大
[12]大减少补偿电流中的谐波含量。
在国外，1967年,第一批静补装置在英国制成以后,受到世界各国的广泛重视,西德、美国、瑞士、瑞典、比利时、苏联等国竟先研制,大力推广,使得静止补偿装置比调相机具有更大的竞争力,广泛用于电力、冶金、化工、铁道、科研等部门,成为补偿无功、电压调整、提
[13]高功率因数、限制系统过电压,改善运行条件经济而有效的设备。1986年美国研制出基于GTO的1 Mvar SVG，1991年和1994年日本和美国分别研制出采用GTO的80Mvar100MvarSVG1997
年德国研制出采用GTO的8Mvar SVG。统一潮流控制器的概念是由美国西屋科技中心的Gyugyi L于1992年提出，被认为是FACTS装置中最具代表性的装置。世界上许多国家都在开展这方面的研究工作。美国、法国都在加紧实际装置的研究工作，美国Inez变电站已于1998年在138 kV系统上安装了UPFCt271。我国也开展了UPFC的研究，但大多数仅限于理论研究和数
[14]字仿真研究。
1.2国内外谐波抑制技术的研究
早在20世纪20年代和30年代电力系统的谐波问题就引起了人们的注意，当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变，并提出了电力谐波干扰问题。1945
[15]年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文，1969年B(M(BIRD和J(F(Marsh发表的论文中，描述了通过向交流电网注入三次谐波电流来减少电源电流的谐波成分，从而改善电源电流波形的新方法。70年代以来，由于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的关
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
[16]定。1971年，H(SasakiT(Machida发表的论文中，首次完整地描述了APF 的基本原理。但由于当时是采用线性放大的方法产生补偿电流，其损耗大，成本高，因而仅在实验室中研究，未能在工业中实用。1976年，L(Gyugyi提出了采用PWM控制变流器构成的APF，确立了APF的概念，确立了APF主电路的基本拓扑结构和控制方法。进入80年代，随着电力电子技术以及PWM控制技术的发展，对APF的研究逐渐活跃起来，是电力电子技术领域的热点研究之一。这一时期的一个重大突破是，1983年赤木泰文提出了“三相电路瞬时无功功率理论”，以该理论为基础的谐波和无功电流检测方法在APF中得到了成功的应用，极大地促进了APF 的发展。目前，三相电路瞬时无功功率理论被认为是APF的主要理论基础之一。近年来随着电力电子技术、控制技术和数字信号处理技术的发展，特别是近年来随着电力电子技术、控制技术和数字信号处理技术的发展，特别是GTO、IGBT等自关断器件的出现和高性能DSP芯片的应用，有源电力滤波器己经进入实用阶段，在欧美一些国家和日本已经开始大量使用有
[17] 源电力滤波器来补偿电网中的谐波以提高电能的质量。
我国对谐波问题的研究起步比较晚。吴竞昌等在1 988年出版的《电力系统谐波》一书是有关谐波问题比较有影响的专著。夏道止等在1994年出版的《高压直流输电系统的谐波分析
[18]和滤波》是有关谐波问题研究代表性的著作。传统的LC无源电力滤波器由于其存在只能
吸收固定频率的谐波，并且容易发生并联谐振的缺点，使得其必将被有源电力滤波器取代。我国在APF方面的研究仍处于起步阶段，到1989年才有这方面的文章。研究APF主要集中在并联型、混合型。研究最成熟的是并联型，主要以理论联
系实验研究为主。1991年得放交通大学王良博士研制出3KVA的无功及谐波的动态装置。同年，华北电力科学院和冶金自动化研究院联合研制了用于380V三相系统的33KVA双极面结型电压型滤波器;采用多重化技术，西安交通大学研制出120KVA 并联型有源滤波器的实验样机。1992年在北京木材厂中心变电站投入工业运行，该装置采用了三个单相全控桥逆变器，用于低压电网单个谐波源的谐波补偿，且只能补偿几个特定次数的谐波(5、7、11、13次)，调制载波的频率(3.3KHZ)不高;河南电力局与清华大学联合开发的20MVA精致无功补偿发生器(包含有缘滤波器)在郑州孟若
[19]变电站进行300KVA中间工业样机试运行。总的来说，我国的有源电力滤波技术的工业应用，仍处于试验和攻坚阶段，特别是在既治理谐波又补偿无功功率的HAPF系统方面。与国外相比，我国的有源滤波技术还处在研究阶段，工业中只有少数几台投入运行。随着我国国民经济的飞速发展，电力系统高次谐波问题的日益严重，对有源电力滤波器的研究与应用要提高到一个新的认识高度。伴随着我国电能质量治理工作的深入开展，利用APF进行谐波治理将会具
[20]有巨大的市场应用潜力，有源滤波技术必将得到广泛的应用。
2.无功补偿和谐波抑制综合补偿方法的研究
不论是谐波还是无功，从物理本质上看，都可以归结为波形的问题。谐波是工频
正弦波畸变，无功是电压电流波形相位不同。正是由于这种物理本质的统一性，可以对电力系统中的谐波和无功进行综合补偿。有源电力滤波(ActivePwoerFilet)r就是一种谐波和无功的综合补偿系统，APF 的优点是能够对谐波和无功进行快速连续补偿，稳态和动态性
[21]能良好，不易与电网阻抗发生谐振、所需贮能元件容量很小。和前面论述的谐波和无功抑
[22]制方法相比，有源电力滤波器具有以下一些特点:
(1)实现了动态补偿。有源电力滤波器可对频率和幅值都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应;
(2)可同时对谐波和无功进行补偿，也可单独补偿谐波或无功，且补偿无功的程度可连续调节; (3)在实际应用中，有源电力滤波器的贮能元件容量很小;
(4)即使需要补偿的电流超过其额定值，也不会发生过载情况，并能在其额定容量内继续正常工作;
(5)受电网阻抗的影响较小，不易与电网阻抗发生谐振;
(6)能跟踪谐波频率的变化，补偿性能不受谐波频率的影响;
(7)既可对特定的谐波源和需要无功的负载进行补偿，也可对多个谐波源和需要无功的负载进
[23]行补偿。
有源电力滤波器(Active Power Filter，APF)是一种新兴的电力电子装置，可以实现谐波抑制与无功补偿。与 LC 电路构成的阻抗型补偿装置不同，它通过信号处理技术检测出负载中谐波与无功电流，然后由主电路变换器发出一个与之相同的补偿电流，从而使电网只
[24]需向负载提供与电网电压同相位的基波正序电流。有源电力滤波器(APF)可以对大小及频率变化的谐波以及变化的无功功率进行补偿,并能有效地克服无源滤波器的缺点。但电力电子器件随着容量的增大其所容许的开关频率却越来越低,影响补偿效果。为解决这一矛盾,有三种方案,即采用器件串并联方式、多台APF并联、多重化主电路方式。多重化主电路最为合理有效,既满足容量要求,也提高等效开关频率,只需一套控制电路,在经济上更为合理。采用四重化主电路,四组PWM变流器并联,每个PWM变流器的容量为30kvA,谐波补偿容量达到120 kvA,在控制电路中,谐波补偿电流指令的计算采用了基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测方法,
将补偿电流指令分配至4组PWM变流器,等效开关频率为器件开关频率的4倍,获得良好的补
[25]偿效果。
目前国内外在中高压大容量配电系统中主要采用无源电力滤波器(passive power filter，PPF)抑制谐波，同时补偿固定的无功。它存在滤波特性受电网阻抗影响大，易与系
[26]统发生串、并联谐振等自身无法克服的缺点。混合有源电力滤波器(hybrid active power
filter，HAPF)结合二者的优点，受到学术界的关注，成为中高压系统谐波抑制的一个发展方
[27]向和研究热点。混合有源电力滤波器按 APF 与谐波源负载的联结关系可分为串联型和并联
[28]型2 种，分别提出串联型和并联型 2 种混合滤波器之后，对混合有源电力滤波器拓扑和控制策略的研究得到了快速发展。提出一种无变压器型混合有源电力滤波器，它由一组单调谐滤波器和有源电力滤波器直接相连而成，没有耦合变压器，同时也不需要输出滤波器，可
[29]有效地节约成本，是一种比较有发展前景的拓扑。
以上综述了目前常用的无功补偿与谐波抑制技术,分析了它们各自的优缺点及应用研究
[30]现状。系统无谐波时,无功功率有固定概念和定义。有谐波时,无功功率的定义和谐波密切
[31]相关,谐波除本身的问题外,还影响无功功率和功率因数。随着大功率电力电子器件技术的高速发展,未来的功率器件容量将逐步提高,应用有源滤波(APF)及统一潮流控制器(UPFC)进
[32]行无功补偿偿及谐波抑制,必将成为电力系统自动化的发展方向。将 APF 与 TSC、PPF 等阻抗型补偿装置相结合构成无功谐波综合补偿系统，实现了 APF 与 TSC、PPF 优势互补，
[33]在当前具有重要的现实意义。
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电力谐波治理的几种方法
电力谐波治理的几种方法 目前常用的电力谐波治理的方法无外乎有三种，无源滤波、有源滤波、无功补偿。下面就谈谈这二种方法的优缺点以及市场前景及其经济效益的分析。6.1、无源谐波滤除装置无源滤波器的主要是用电抗器与电容器构成，无源滤波装置的成本较低，经济，简便，因此获得广泛应用。无源滤波器可以分为并联滤波器与串联滤波器。6.1.1、无源并联滤波器现有的谐波滤除装置大都使用无源并联滤波器，对每一种频率的谐波需要使用一组滤波器，通常需要使用多组滤波器用以滤除不同频率的谐波。多组滤波器的使用造成结构复杂，成本增高，并且由于通常的系统中含有无限多种频率的谐波成分，因此无法将谐波全部滤除。不仅如此，由于并联滤波器对谐波的阻抗很低，通常会使谐波源产生更大的谐波电流，谐振在不同频率的滤波器还会互相干扰，例如7次谐波滤波器就可能会放大5次谐波。因此，如果有人将并联滤波器安装前后的谐波情况做过对比，就会发现：虽然滤波器安装以后影响系统的谐波电流减小，但是各滤波器中以及进入系统的谐波电流之和远远超过未安装滤波器之前，谐波源产生的谐波电流也超过未安装滤波器之前。从广义的角度来讲，频率不等于工频频率的成分统统都是谐波。因此，工频是单一频率，而谐波有无限多种频率，可见谐波具有无限的复杂性，使用并联滤波器的方法显然无法对付无限频率成分的谐波。6.1.2、无源串联滤波器由电感与电容串联构成的LC串联滤波器，具有一个阻抗很低的串联谐振点，如果我们构造一个串联谐振点为工频频率的串联滤波器，并将其串联在线路中，就可以滤掉所有的谐波。这就是本文介绍的串联滤波器，串联滤波器由电感和电容串联而成，并且串联连接在电源与负荷之间，因此串联滤波器的“串联”二字具有双重意思：一个意思表示电感与电容串联，另一个意思表示串联在电路中使用。在三相电路中均接入串联滤波器，由于串联带通滤波器对基波电流的阻抗很小，而对谐波电流的阻抗很大，于是只用一组滤波器就可以滤除所有频率的谐波。串联滤波器对于谐振点频率的电流具有极低的阻抗，对于偏离谐振点频率的电流，则阻抗增大，偏离的越多，阻抗越大。对于比谐振点频率高的电流成分，电感的阻抗为主，对于比谐振点频率低的电流成分，电容的阻抗为主。由于谐波成分通常比基波频率高，因此滤除谐波的工作主要由电感完成，电容的作用是抵消电感对工频基波的阻抗。由于滤除谐波的作用主要由电感完成，因此电感量越大滤除谐波的效果越好。但是电感量越大则价格越高，损耗越大，因此从成本及损耗上去考虑问题则希望电感量越小越好。当电感的基波感抗小于负荷等效基波阻抗的50%时，不能实现良好的滤波效果（负荷等效基波阻抗就是负荷相电压有效值与相电流有效值的比值）。因此电感的基波感抗必须大于负荷等效基波阻抗的50%。对于电容器的选择与电感的选择情况不同，电感的匝数可以随意设计，而电容器的耐压只有固定的若干等级，不能随意设计。比如在低压配电系统中，就只有耐压230V与400V的电力电容器可供选择。由于电容器串联在电路中，电容器中的电流即为负荷电流，当电容器的实际工作电压等于其额定电压时，电容器中流过的电流等于电容器的额定电流，电容器得到充分的利用，因此，当
电力系统谐波及其抑制方法
电力系统谐波及其抑制方法 发表时间：2019-01-09T10:01:01.477Z 来源：《电力设备》2018年第24期作者：潘国英[导读] 摘要：20世纪80年代以来,随着电力电子技术的发,电力系统的发展及电力市场的开放,各种非线性负载(谐波源)应用普及,产生的谐波对电网的污染日益严重,电能质量问题越来越引起广泛关注。 (佛山禅城供电局广东佛山 528000) 摘要：20世纪80年代以来,随着电力电子技术的发,电力系统的发展及电力市场的开放,各种非线性负载(谐波源)应用普及,产生的谐波对电网的污染日益严重,电能质量问题越来越引起广泛关注。因此,谐波及其抑制技术已成为国内外广泛关注的课题。从对六脉冲整流装置进行了 Matlab仿真,并对某商业企业用电设备谐波及无功进行了现场测试,得出了实际无功损耗和谐波含有量。从而更加清楚的分析了该企业谐波分布及供电系统存在的问题。最后依据测试数据及企业实际情况提出了改造方案,放弃投资较大的有源滤波器,设计使用以无源滤波器为基础的HTEQ系列高速动态消谐无功补偿设备进行无功补偿和谐波消除,通过对方案的可行性验证,验证了该动态补偿装置具有良好的电流跟进性能和补偿性能,在有限的投入下获得最大的效益,很好的解决了企业内谐波及无功的影响。关键词:整流装置;谐波抑制;动态无功补偿;Matlab仿真 一、前言 本文以佛山东方广场翡翠城用户电房谐波产生和处理方案为例，首先简单分析了电力系统无功功率及谐波的产生原因和危害,介绍了当前电力系统谐波抑制的方法,并对各种谐波抑制方法的优点和缺点做了简要的评述。本文采用HTEQ系列高速动态消谐无功补偿设备能够对商业性质用户设备进行高速跟踪无功补偿与谐波抑制,通过对负荷配电系统和运行状况实测结果进行分析计算,确定了无功补偿和谐波治理需求,在此基础上提出了动态消谐无功补偿的技术方案。 二、正文 1、东方广场翡翠城用户电房用电概况。 1.1用电情况简介 根据日常巡视数据得知，翡翠城0.4KV配电房3#变压器，额定容量为1000kV A，主要负载为商业西餐厅用电、广场音响、LED灯等；变压器低压侧配1套低压纯电容无功补偿装置，总安装容量为300kvar，电容器型号为450-30-3，投切器件为接触器，共10条支路；补偿柜投入一路30kvar；整个补偿柜的主刀熔开关为600A。 1.2目前设备概况 存在问题:补偿柜内部器件有导线及元件烧坏而且电容器衰减比较快,无法正常投运。目前，变压器最大负荷电流150A左右，只有一家西餐厅用电较大,偶尔有广场音响及灯；当运行电流为41~125A A时，补偿功率因数为.89~0.94，且补偿柜只投1条支路。 针对导线及元件烧坏及电容器衰减比较快现象进行信息采集，了解低压用配电系统的电能质量情况。 2、测量当前电能质量 1、测试地点：#3变压器低压总开关 2、测试仪器：CA8332电能质量分析仪 3、执行标准： 电能质量公用电网谐波 GB/T 14549 电能质量电压波动和闪变 GB/T 12326 广东鹰视能效科技有限公司 4、变压器总开关出线端电能质量测试数据如下： 变压器总开关测试时其用电情况为：运行电流41~125A，电压395V，视在功率45~58kV A；有功功率56kW；无功功率12kvar；功率因数0.89~0.94；谐波电流畸变率8.6~22.7%，谐波电压畸变率1.2%；主要谐波频谱为3次和5次; 变压器总开关出线端测试数据： 图1：电流值41~125A左右图2：电流谐波总畸变率8.6~22.7% 图3：电压值395V左右图4：电压谐波总畸变率1.2%左右
谐波与无功补偿技术原理
波功功率补偿术谐波和无功功率补偿技术 基本原理 基本原 1
目录 第1章绪论 1.1电能质量控制技术简介 谐波与无功简介 第2章谐波和无功功率 2.1谐波和谐波分析 无功功率和功率因数 谐波和无功功率的产生 2.4无功功率的影响和谐波的危害
第1章绪论 1.1电能质量控制技术简介 11 1.2谐波与无功简介 12 3/
111.1 电能质量控制技术简介 电能质量问题 1.1.2电能质量问题的典型危害和影响电能质量控制技术分类 1.1.4电力电子技术与电力系统、电能质量 控制的关系 1.1.5用于电能质量控制的新型电力电子装置用能质控制新力子装 4/
111 1.1.1 电能质量问题z 频率的问题z 幅值的问题 –稳态过电压、欠电压及电压波动–闪变（flicker ） –幅值凹陷（sag ，dip ）、凸升（swell ）、短时中断（interruption ） z 波形和对称度的问题 –三相不对称（imbalance ）–谐波（harmonics ）–缺口（notching ） –暂态脉冲（impulsive transient ）、暂态振荡（ oscillatory transient ）5/ p y
112 1.1.2 电能质量问题的典型危害和影响电压频率不稳，不对称，以及稳态过电压、欠电压及电压波动、闪变等的危害。z 谐波 –使产生、传输和利用电能的效率降低； 使电气设备过热振动产生噪音或绝缘老化缩短–使电气设备过热、振动、产生噪音或绝缘老化，缩短其寿命，甚至发生故障、烧毁；–使继电保护和自动装置误动作；–对通信和电子设备产生干扰。z 电压骤降 对精密仪器设备的危害 6/ –对精密仪器设备的危害；–给高产值的连续生产过程造成的损失。
电网谐波及其抑制
电网谐波及其抑制
电网谐波及其抑制 ㈠电网谐波的有关概念 ⒈电网谐波的含义及其计算 谐波(harmonic)，是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数(Fourier series)分析所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波。而基波是指其频率与工频(50Hz)相同的分量。 向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备，称为谐波源(harmonic source)。 就电力系统中的三相交流发电机发出的电压来说，可认为其波形基本上是正弦量，即电压波形中基本上无直流和谐波分量。但是由于电力系统中存在着各种各样的“谐波源”，特别是随着大型变流设备和电弧炉等的广泛应用，使得高次谐波的干扰成了当前电力系统中影响电能质量的一大“公害”，亟待采取对策。 按GB/T14549-93《电能质量·公用电网谐波》规定，第h次谐波电压含有率
(HRU h)按下公式计算： HRU h=U h / U1× 100% 式中，U h为第h次谐波电压(方均根值)；U1为基波电压(方均根值)。 第h次谐波电流含有率(HRI h)按下式计算： HRI h=I h / I1× 100% 式中，I h为第h次谐波电流(方均根值)；I1为基波电流(方均根值)。 谐波电压总含量(U H)按下式计算： 谐波电流总含量(I H)按下式计算： 电压总谐波畸变率(THD u)按下式计算： THD u =U H / U1× 100% 电流总谐波畸变率(THD i)按下式计算：
THD i= I H / I1× 100% ⒉谐波的产生与危害 电网谐波的产生，主要在于电力系统中存在的各种非线性元件。因此，即使电力系统中电源的电压为正弦波，但由于非线性元件的存在，结果在电网中总有谐波电流或电压存在。产生谐波的元件很多。例如荧光灯和高压汞灯等气体放电灯、感应电动机、电焊机、变压器和感应电炉等，都要产生谐波电流或电压。最为严重的是大型的晶闸管变流设备和大型电弧炉，他们产生的谐波电流最为突出，是造成电网谐波的主要因素。 谐波对电气设备的危害很大。谐波电流通过变压器，可使变压器的铁心损耗明显增加，从而使变压器出现过热，缩短使用寿命。谐波电流通过交流电动机，不仅会使电动机的铁心损耗明显增加，而且还要使电动机转子发生振动现象，严重影响机械加工的产品质量。谐波对电容器的影响更为突出，谐波电压加在电容器两端时，由于电容器对谐波的阻抗很小，因此电容器很容易发生过负荷甚至造成
电力系统谐波治理的四种方法
谐波，这个新鲜的电力系统名词，在当今的电力行业中，已广为“传播”，几乎在电力行业工作，以及与电力行业有直接关系的人，都对这个名词不陌生，尤其是用电大户单位，谈之色变，一是“谐波”直接影响了工厂的正常工作，由于谐波的存在，工厂的负荷上不去，即便上去了，无功也特高，而传统的“无功补偿”又不能凑效。而是即便无功补偿达到了要求，但谐波含量超标，管理部门不答应，自身的电费多交了不说，还讨不了好。 那么，是否拿“谐波”的肆虐就没有办法了，不！“办法总比问题多”，上海坤友电气有限公司集多年治理“谐波”的经验，针对不同的工况，总结了几种解决问题的方法，公布如下，与各位同仁共勉。 首先，我们讨论谐波的产生原因： 近年来，电力网中非线性负载的逐渐增加是全世界共同的趋势，如变频驱动或晶闸管整流直流驱动设备、计算机、重要负载所用的不间断电源（UPS）、节能荧光灯系统等，这些非线性负载导致电网污染，电力品质下降，引起供、用电设备故障，甚至引发严重火灾事故等。电力污染及电力品质恶化主要表现在以下方面：电压波动、浪涌冲击、谐波、三相不平衡等。 其次，我们讨论谐波的危害： 电源污染会对用电设备造成严重危害，主要有： 增加输、供和用电设备的额外附加损耗，使设备的温度过热，降低设备的利用率和经济效益： 谐波电流使输电线路的电能损耗增加。当注入电网的谐波频率位于在网络谐振点附近的谐振区内时，对输电线路和电力电缆线路会造成绝缘击穿。 干扰通讯设备、计算机系统等电子设备的正常工作，造成数据丢失或死机。 影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能，造成噪声干扰和图像紊乱。 引起电气自动装置误动作，甚至发生严重事故。 使电气设备过热，振动和噪声加大，加速绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。
基于matlab谐波抑制的仿真研究(毕设)
电力系统谐波抑制的仿真研究 目 录 １ 绪论…………………………………………………………………………… 1．1 课题背景及目的………………………………………………………… １．2国内外研究现状和进展………………………………………………… 1.2．１国外研究现状 …………………………………………………… 1．２.１国内研究现状 …………………………………………………… 1.3 本文的主要内容…………………………………………………………… ２ 有源电力滤波器及其谐波源研究……………………………………………… 2.1 谐波的基本概念………………………………………………………… 2.1.1 谐波的定义……………………………………………………… 2.1.2谐波的数学表达………………………………………………… 2.1．3电力系统谐波标准………………………………………………… 2.２ 谐波的产生……………………………………………………………… ２．3 谐波的危害和影响……………………………………………………… ２.4 谐波的基本防治方法…………………………………………………… 2.5无源电力滤波器简述…………………………………………………… 2.6 有源电力滤波器介绍…………………………………………………… 2.６.１ 有源滤波器的基本原理．……………………………………… 2.6．２ 有源电力滤波器的分类.……………………………… 2.７并联型有源电力滤波器的补偿特性…………………………………… 2.7．１谐波源………………………………………………………… 2.７．2有源电力滤波器补偿特性的基本要 求…………………………… ２.7.３影响有源电力滤波器补偿特性的因素…………………………… 2．7.4并联型有源电力滤波器补偿特性……………………………… 2.８ 谐波源的数学模型的研究……………………………………………… ２.8.1 单相桥式整流电路非线性负荷………………………………… 2.8.2 三相桥式整流电路非线性负荷.………………………………… ３ 基于瞬时无功功率的谐波检测方法…………………………………………… 3．1谐波检测的几种方法比较…………………………………………… 3.２三相电路瞬时无功功率理论…………………………………………… ３．２.１瞬时有功功率和瞬时无功功 率……………………………………… 3.2．2瞬时有功电流和瞬时无功电流……………………………………… 3.3 基于瞬时无功功率理论的p q -谐波检测算法．…………………… 3.４基于瞬时无功功率理论的p q i i -谐波检测法.…………………… ４并联有源电力滤波器的控制策略…………………………………………… 4.1并联型有源电力滤波器系统构成及其工作原理………………………… ４.2并联有源电力滤波器的控制研究.……………………………… ４．２.１并联有源电力滤波器直流侧电压控制…………………… 4．2．2有源电力滤波器电流跟踪控制技术…………………………… 4.2．２．1 P ＷM 控制原理………………………………………… ４.2.２.2滞环比较控制方
供电系统中的谐波及其抑制
供电系统中的谐波及其抑制 发布者：admin 发布时间：2006-6-27 15:48:56 来自：互联网浏览统计:20 减小字体增大字体一、概述 在理想的情况下，优质的电力供应应该提供具有正弦波形的电压。但在实际中供电电压的波形会由于某些原因而偏离正弦波形，即产生谐波。我们所说的供电系统中的谐波是指一些频率为基波频率(在我国取工业用电频率50Hz为基波频率)整数倍的正弦波分量，又称为高次谐波。在供电系统中，产生谐波的根本原因是由于给具有非线性阻抗特性的电气设备(又称为非线性负荷)供电的结果。这些非线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压、电流波形畸变，使电力质量变坏。因此，谐波是电力质量的重要指标之一。 谐波的危害表现为引起电气没备(电机、变压器和电容器等)附加损耗和发热：使同步发电机的额定输出功率降低，转矩降低，变压器温度升高，效率降低，绝缘加速老化，缩短使用寿命，甚至损坏：降低继电保护、控制、以及检测装置的工作精度和可靠性等。谐波注入电网后会使无功功率加大，功率因数降低，甚至有可能引发并联或串联谐振，损坏电气设备以及干扰通信线路的正常工作。 供电系统中的谐波问题已引起各界的广泛关注，为保证供电系统中所有的电气，电子设备能在电磁兼容意义的基础上进行正常、和谐的工作，必须采取有力的措施，抑制并防止电网中因谐波危害所造成的严重后果。 二、谐波产生的原因 在电力的生产，传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。 在发电环节，当对发电机的结构和接线采取一些措施后，可以认为发电机供给的是具有基波频率的正弦波形的电压。 在其它几个环节中，谐波的产生主要是来自下列具有非线性特性的电气设备：(1)具有铁磁饱和特性的铁芯没备，如：变压器、电抗器等；(2)以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备，如：气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等；(3)以电力电子元件为基础的开关电源设备，如：各种电力变流设备(整流器、逆变器、变频器)、相控调速和调压装置，大容量的电力晶闸管可控开关设备等，它们大量的用于化工、电气铁道，冶金，矿山等工矿企业以及各式各样的家用电器中。以上这些非线性电气设备(或称之为非线性负荷)的显著的特点是它们从电网取用非正弦电流，也就是说，即使电源给这些负荷供给的是正弦波形的电压，但由于它们只有其电流不随着电压同步变化的非线性的电压-电流特性，使得流过电网的电流是非正弦波形的，这种电流波形是由基波和与基波频率成整数倍的谐波组成，即产生了谐波，使电网电压严重失真，此外电网还必须向这类负荷产生的谐波提供额外的电能。
浅谈谐波的含义及为什么必须治理
浅谈谐波的含义及为什么必须治理 安科瑞王长幸 江苏安科瑞电器制造有限公司江苏江阴214405 1引言 随着科技发展，电子产品大量应用，电网中谐波大量产生，作为设计人员需要了解谐波的成因及危害，以便更好地防御及治理，提高电能质量。 近年来，电气产品行业出于节能和生产的需要，积极运用新技术，大量地运用了可控变流装置、变频调速装置等非线性负荷设备。其所产生的谐波问题直接影响到了公用电网的电能质量，已引起人们的广泛重视。 2谐波产生的原因及影响 2.1谐波的成因 电网中的谐波主要指频率为工频（基波频率）整数倍成分的谐波及工频非整数成分的间谐波，它们都是造成电网电能质量污染的重要原因。根据大量现场测试的分析结果证实，电力变压器也是电力系统中谐波的一个重要谐波源。电力变压器的激磁电流、铁心饱和及三相电路和磁路的不对称，致使在变压器三角绕组的线电压和线电流中也仍然存在三次谐波分量，尤其在负荷低谷时，随着电网电压的升高，变压器铁心饱和程度加剧，产生的谐波含量也随之增大。随着电网大量电容装置的投运，通过对现场谐波实测发现，谐波并不是只有零序分量可被变压器三角绕组所环路，而是波及全网，并给电容装置及电网的正常运行带来影响和威胁。 在民用建筑中，UPS电源、电子调速装备、节能型灯具及家用电器中的计算机、微波炉等电力电子设备和电器设备应用的大量增加，以及医院等特殊场合的放射X光机、CT机等大型医疗设备等，使各类非线性负荷注入电网的谐波日益增多，造成电网电能质量的污染的影响也越来越大。在这些设备集中使用的地区，如医院、大型商场、居民小区、写字楼、酒店公寓等，谐波污染已相当严重。谐波污染的影响使电能质量明显下降，因此，对电能质量谐波污染的抑制和治理已刻不容缓。 2.2谐波源的分析 2.2.1电力电子设备 电力电子设备主要包括整流器、变频器、开关电源、静态换流器、晶闸管系统及其它SCR控制系统等。由于工业与民用电力设备常用到这类电力电子设备和电路，如整流和变频电路，其负载性质一般分为感性和容性两种，感性负载的单相整流电路为含奇次谐波的电流型谐波源。而容性负载的单相整流电路，由于电容电压会通过整流管向电源反馈，属于电压型谐波源，其谐波含量与电容值的大小有关，电容值越大，谐波含量越大。变频电路谐波源由于采用的是相位控制，其谐波成分不仅含有整数倍数的谐波，还含有非整数倍数的间谐波。 2.2.2可饱和设备 可饱和设备主要包括变压器、电动机、发电机等。可饱和设备是非线性设备，与电力电子设备和电弧设备相比，可饱和设备上的谐波在未饱和的情况下，其谐波的幅值往往可以忽略。 2.2.3电弧炉设备及气体电光源设备 ①电弧炉在熔炼金属过程中的非线性影响将产生大量的谐波 ②气体电光源包括荧光灯、霓虹灯、卤化灯。根据这类气体放电光源的伏安特性。其非线
电力系统谐波分析及抑制技术研究
电力系统谐波分析及抑制技术研究 发表时间：2018-04-11T09:51:58.123Z 来源：《电力设备》2017年第32期作者：杜占科杨正张彬[导读] 摘要：谐波的存在会增加电网的供电损耗。并影响电网的安全运行。 （国网新疆电力公司阿克苏供电公司新疆阿克苏市 843000）摘要：谐波的存在会增加电网的供电损耗。并影响电网的安全运行。因此，如何抑制电网谐波引起了广泛的讨论。本文论述了当前电力系统谐波的产生的主要原因，并分析了电力谐波的危害，提出了几种电力谐波的抑制技术，为电力系统谐波问题提供帮助。 关键词：电力系统；谐波；危害；滤波器；抑制在电力系统用电，输电，发电等过程中，谐波已成为不可避免的问题，其已危及电力产生和输送以及用电方的安全运行。鉴此，分析谐波并最大限度地抑制谐波成为电力系统工作的重要课题。下面，就电力系统谐波及其危害进行详细分析，并提出有效的抑制谐波措施。 1.电力系统的谐波 （1）用电技术方面。在现代电力系统中，随着人们节能意识的加强以及电力电子技术的发展，众多通过电力电子开关、以非正弦电流方式高效用电的新型非线性负载得到了广泛的应用。这些以非正弦电流方式用电的新型非线性负载已经成为当今电力负载中最主要的谐波源。1992年，日本电气学会对其国内产生谐波的行业按比例进行了一个统计，除楼宇中的部分照明电源、冶金行业的电弧炉外，其他行业的谐波源大多来自电力电子装置，根据日本电气学会的统计，其比例高达90%。从表中还可以看出，来自楼宇的谐波源所占比例高达40.6%，其谐波主要由办公及家用电器等产生。可见，谐波畸变不再是工业设备所特有的现象，如今谐波现象已经蔓延到电力升降机、不间断电源、电视机、个人计算机等商业和居民用电设施中的电子设备。 （2）发电技术方面。由于当今社会对常规化石能源的需求日益增加，能源耗尽的危机日益严重，人们开始追求对清洁、无污染的新能源的开发利用。在电力生产中，许多利用清洁无污染的可再生能源发电的发电方式，如风能发电、太阳能发电、燃料电池发电等发电方式得到了越来越广泛的应用。这些新型电源大多以非正弦、非工频的方式供电，而传统公用电网是以三相电压、电流的对称正弦要求为发电与用电的品质指标。传统公用电网为了接纳非正弦、非工频的新型电源，一般通过电力电子电能转换装置将非正弦、非工频的电源转换为正弦、工频的交流电源，从而实现不同频率的电源或电网的同步运行。比如在输送风电的过程中，一般采用变频装置将风电接入电网，在此过程中，变频装置将会向电网注入一定数量的谐波，使得电网谐波来源更加复杂。 （3）输电技术方面。为了提高电压质量和系统的稳定性以及解决大容量远距离输电等问题，柔性交流输电技术和高压直流输电技术得到极大的发展和应用。柔性交流输电技术和高压直流输电技术以电力电子技术为支撑，通过电力电子装置实现对电网运行方式的灵活控制、调节，以实现对电能的安全、高效、经济输送。这些电力电子装置主要包括：用于提供无功功率补偿以改进电网电压控制和系统稳定性的静态无功补偿器（SVC）；用于提高输电线路输电容量和改善线路运行情况的可控串联补偿装置（TCSC）；用于电网潮流控制的统一潮流控制器（UPFC）以及用于高压直流输电技术的高压直流换流器等。上述电力电子装置大多数具有一个共同特性，就是产生谐波。因此，在使用这些装置对输电技术进行改造时，对其产生的谐波不得不进行一个详细的评估。 2.谐波的危害 谐波注入电力系统将会严重恶化电网的电气运行环境，危害电力系统的安全、稳定运行，同时，还会对电网电气设备以及用户用电设备的安全造成危害。 首先，对整个电网来说，谐波的产生与输送，将在输电网中增大网损，降低电能传输的效率；谐波电流在线路中引起畸变压降，降低了电网的电压质量；新型非线性负载的间断性用电方式降低了电源电压的工作效能；谐波电流恶化交流电能传输中的电气环境，易引发系统崩溃。 其次，对电网中的电气设备而言，因为电网中的电气设备是按工频、正弦电流工作方式设计的，谐波电流流过将会影响其最佳工作状态。例如：谐波电流会对电机、变压器等电磁设备的绕组及铁芯引起额外发热，使损耗增加，降低电磁设备的使用寿命；谐波电流会影响功率处理器、互感器的测量精度，引起电力测量的误差；谐波电流有可能造成继电保护装置、自动控制装置的工作紊乱；谐波电流的存在还可能会降低断路器、熔断器等设备的开断能力。 此外，随着工业控制技术的发展，工业生产中许多精密仪器、复杂的控制系统等对电能质量的要求也越来越高。谐波电流对其造成的影响，有可能会使工业生产造成巨大的经济损失。 3.电力系统的谐波抑制技术 如前文所述，电力系统谐波造成低劣的供电电能质量，严重危害电力系统的安全稳定运行和电网电气设备、用户用电设备的安全。在现有的技术水平下，为避免谐波的危害，保障电网及用户的利益，对电力系统的谐波抑制，已经成为电气工程学科的一个热门研究领域。目前对电力系统谐波抑制的方法主要可以分为预防性电力谐波抑制技术和补救性电力谐波抑制技术两种方法。 3.1预防性电力谐波抑制技术 预防性电力谐波抑制技术是指在设计构建系统或设备的过程中，通过选取合理的线路结构及元件参数，避免产生谐波或减少谐波。常见的预防性电力谐波抑制技术有如下几种：（1）利用设备的电气特性。该方法主要是对电气设备采用有效的接线方法或结构形式来减少或消除接入电力系统的设备所产生的谐波。比如对于变压器来说，其绕组采用三角形的接线方式能隔断3倍频谐波电流的流通。 （2）配电网重构。对多个谐波源同时接入电网的情况，可通过对配电网重构的方法，实现降低公共连接点总的谐波限值。这种方法是通过对配电网中的负荷进行再分配，限制负荷中非线性负荷的比例，控制非线性负荷产生的谐波电流在一定的范围内，使公用母线上的谐波电流限值不超过电力部门制定的标准。该方法只是达到降低谐波限值的目的，并没有达到谐波隔离的效果，谐波电流仍会注入电网中，有可能对电网及其他用户造成损害。显然，这并不是一种合理的谐波抑制的方法。（3）多脉波整流技术和高功率因数PWM整流技术。多脉波整流技术是将两个或更多个相同结构的整流电路按一定的规律组合，将整流电路进行移相多重联结，利用各整流负载的谐波电流相位差，使其相互叠加后可削弱或抵消电源输入端的部分谐波电流。例如12脉波整流技术可以有效削弱5次和7次谐波，24脉波整流技术可以有效消除11次和13次谐波。随着技术的发展，多脉波整流技术的脉波数可以达到一个很高的值，但同时也使系统结构更为复杂，需要对其可靠性、经济性等因素进行全面衡量。
电力谐波的产生原因及其抑制方法
电力谐波的产生原因及其抑制方法 随着工业的快速发展，在电力系统中，非线性负荷大量增加。这样的非线性负荷在电网中产生的干扰越来越严重，也越来越复杂化，使得电网的供电质量越来越差，对同一电网的其他用电设备和小型用户的影响越来越大。在电力系统中，谐波污染与电磁干扰、功率因数降低成为了三大公害。 一、谐波产生的原因 谐波是指一个电气量的正弦波分量．其频率为基波频率的整数倍，不同频率的谐波对不同的电气设备会有不同的影响。谐波主要由谐波电流源产生，当正弦波(基波)电压施加到非线性负载上时，负载吸收的电流与其上施加的电压波形不一至，其电流发生了畸变。由于负载与整个网络相连接，这样畸变电流就可以流人到电网中，这样的负载就成了电力系统中的谐波源。 二、谐波源的种类 在电力系统中产生谐波的主要谐波源有两种。 1．含有半导体等非线性电气元件的用电设备。比如工业中常见的各种整流电气装置、大容量变频器、大型交直流变换装置以及其他的电力、电子装置。 2．含有电弧和铁磁材料等的非线性材料的用电设备，比如电弧炉、变压器、发电机组等电气设备。 三、谐波的危害 1．使供电线路和用电设备的热损耗增加。 (1) 谐波对线路的影响 对供电线路来说，由于集肤效应和邻近效应，线路电阻随着频率的增加会很快增加，在线路中会有很大的电能浪费。另外，在电力系统中，由于中性线电流都很小，所以其线径一般都很细，当大量的谐波电流流过中性线时，会在其上产生大量的热量，不仅会破坏绝缘，严重时还会造成短路，甚至引起火灾。 而当谐波频率与网络谐振频率相近或相同时，会在线路中产生很高的谐振电压。严重时会使电力系统或用电设备的绝缘击穿，造成恶性事故。 (2) 对电力变压器的影响 谐波电琏的存在增加了电力变压器的磁滞损耗、涡流损耗及铜损，对带有不对称负荷的变压器来说，会大大增加励磁电流的谐波分量。 (3)对电力电容器的影响 由于电容器对谐波的阻抗很小，谐波电流叠加到基波电流上，会使电力电容器中流过的电流有很大的增加，使电力电容器的温升增高，引起电容器过负荷甚至爆炸。同时，谐波还可能与电容器一起在电网中形成谐振，并又施加到电网中。 (4)对电机的影响 谐波会使电机的附加损耗增加，也会产生机械震动，产生甚至引起谐波过电压．使得电机绝缘损坏。 2．对继电保护和自动装置的影响 对于电磁式继电器来说，电力谐波常会引起继电保护以及自动装置的误动作或拒动，造成整个保护系统的可靠性降低．容易引起系统故障或使系统故障扩大。 3．对通信线路产生干扰。 在电力线路上流过幅度较大的奇次低频谐波电流时，通过电磁耦合，会在邻近电力线路
谐波抑制与无功功率补偿
《谐波抑制与无功功率补偿》第二次作业 题目要求： 对于晶闸管可控整流电路，主电路为：1）三相桥式全控整流电路，变压器Yd11 联结(1：3) ；变压器一次侧相电压有效值U1=220V；阻感负载，R=30Ω，L=800mH，α=60°。 试设计LC 滤波器和电容补偿（如果需要的话），对上述负载的谐波和无功进行有效的补偿，使电源电流为与电源电压近似同相的正弦波（网测功率因数>0.96）。 要求： 1. 设计无源滤波器，并计算相应的参数。 2. 如果需要的话，设计计算无功补偿电容器。 3. 对建立的仿真电路进行仿真，给出有关的仿真波形，并对仿真结果进行分析。 4. 对设计步骤给出必要的文字说明。 按照要求，先进行滤波。对5、7、11、13次谐波采用单谐调滤波器，对13次以上谐波采用二阶高通滤波器。 所要确定的参数有：各单调谐滤波器与电阻R，电容C，电感L。 首先求最小补偿电容C min：在不加滤波和无功补偿的情况下，基波与各主要谐波情况如下图所示： 图1 基波与各次谐波电流 从图中可以看出， I f5≈1.411A I f7≈0.937A I f11≈0.626A I f13≈0.508A 根据教材给出的公式，按照最小安装容量求出最小电容器 C min=I f(n) (1)s × n2?1 nn2 将数据带入式（1），可以分别求出最小电容器分别为： C5=4.978μF C7=2.916μF C11=1.576μF
C13=1.126μF 调谐在n次谐波频率的单调谐滤波器电容器和电抗器关系是 n w s L= 1 nw s C (2) 据此可以求出各滤波器对应的电感L L5=81.14mH L7=70.89mH L11=53.1mH L13=49.4mH 取Q=45，分别求出对应的电阻值： R5=2.827Ω R7=3.46Ω R11=4.10Ω R11=5.06Ω对于高通滤波器，定义Q值为 Q=R X0 （2） 接下来，设计能滤掉13次以上谐波的高通滤波器，高通滤波器的特性可以由以下两个参数来描述： f0=1 (3) m= L R2C (4) 式（3）中，f0称为截止频率，高通滤波器的截止频率一般选为略高于所装设的单调谐滤波器的最高特征谐波频率。式（4）中的m是一个与Q直接有关的参数，直接影响着滤波器调谐曲线的形状，一般Q值取为0.7~1.4，相应的m值在2~0.5之间。电容按照无功补偿计算，设高通滤波器同时补偿容量为Q C=400var。 Q C= U2 C1L1 （5） 由式（5）与式（2）可以求出，C≈48μF。带入式（3）（4），取m=0.5可以求出，R≈5Ω，L≈6.25mH。 在滤波完成后，尚有较大无功，功率因数不满足题目要求，故对电路进行无功补偿。剩余的无功为Q≈232var Q=U2 C （6） 解得C≈28μF。 经过滤波与无功补偿，对所得的电路进行谐波分析，如下图所示。
电力系统谐波影响及消除
电力系统谐波影响及消除（网络摘录）2011.12.20 返回日志列表 从补偿电容无法投入，谈谐波危害，分析谐波来源，提出治理谐波的初步建议随着个私经济特别是特钢和化学工业在我市的发展，我公司的供电量也不断的增长，为了使功率因素达到标准，必须投入补偿电容，但是这几个乡镇的变电所的补偿电容器却无法投上，强行投入后，电容器熔丝也会很快熔断。但根据其他变电所运行经验，在此功率因数下，无功电流不应大于熔丝熔断电流。这是为什么呢? 经过对该地区的供电现状分析，这是由于谐波引起的。所谓谐波，即理想的电力系统向用户提供的应该是一个恒定工频的正弦波形电压，但是由于各种原因，使这种理想状态在实际中无法存在。因此通过对周期性电压或电流的傅立叶分解，所得到的频率为基波整数倍分量的含有量，称为谐波。 谐波对于电网的危害非常大，主要表现在以下方面： 1.由于电网主要是按基波设计的。由于LC元件的存在，虽然在基波时不会发生谐振，但在某个特定谐波时却可能引起谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍，电网谐振引起设备过电压，产生谐波过流，对设备造成危害。特别是对电容器和与之串联的电抗器。其中，特别要注意的是，由于电容器是容性负载，能与电网上感性设备(其它设备主要是感性设备)配合，构成共振条件，又由于其大小与谐波频率成反比，因此，电容更容易吸收谐波共振电流，引起电容过载，造成电容损坏，或者熔丝熔断。 2.使电网中的电气设备产生额外的损耗(谐波功率)，降低了设备的效率，同时谐波会影响设备的正常工作，例如变压器局部严重过热，电容器、电缆等设备过热，电机产生机械振动等故障，绝缘部分老化、变质，严重时候甚至设备损坏。 3.导致继电保护和自动装置误动或拒动，造成不必要的损失，谐波会使电气测量仪表测量不准确，造成计量误差。 另外，谐波还会产生对设备附近的通信系统产生干扰等其他危害。 既然谐波危害如此之大，那么谐波是如何产生的?又如何能减小它的影响和危害呢? 谐波来源 1、中频炉、电弧炉等设备是该地区谐波的主要来源 对该地区负荷进行分析，发现主要的原因是该地区特钢工业发达，中频炉、电弧炉等作为一类高效的加热源已经非常普及。电弧炉是利用电极物料间产生的电弧熔炼金属，因此，它的电流波形很不规则，含有多种谐波(2次到7次)以及间谐波，这是谐波的一个重要来源。而中频炉是工频电流整流后再变为中频，再利用电磁感应来熔炼金属，因此产生大量的高次谐波，其中以5次、7次、11次等奇次谐波为主。这正是该地区谐波的主要来源。 2、用户变压器群是该地区谐波的重要来源 一般情况下，三相变压器由于铁芯为“日”形状，中相比边相要短一半，因此，三个磁路的不对称引起变压器励磁电流中含有谐波分量。所以当对空载三相变压器加电压激励时，即使受电侧没有零序电流通路(中性点不接地或三角形接线)，励磁电流中也会有谐波分量。虽然在实际运行时，这个谐波分量很小，但由于变压器绕组接法以及各绕组和电网各相的连接统一规定时，则各台变压器励磁电流里的同次谐波彼此叠加，形成了电网中谐波的又一重要来源。例如，在绝大多数配变中，都是Y，yn接线，变压器的中间的铁柱对应的线圈即中相接的都是B相，这样的统一接法，就为3、5、7等次谐波提供了一个分别互相叠加的条件。在该地区，现有35kV用户变压器5台，总容量400kVA，10kV用户变压器约800台，总容量330kVA.如此庞大的用户变群又成为了谐波的又一个重要来源。
电力系统谐波及其抑制技术
电力系统谐波及其抑制技术 [摘要]随着电力市场的广泛开放以及电力系统的不断发展，人们越来越多的关注电能的质量问题。由于非线性荷载在电力系统中的广泛应用，因而所产生的谐波对电网造成越来越多的污染。本文主要分析了一些谐波产生的危害以及抑制谐波的各种措施，并针对目前电力系统治理谐波所存在的问题提出了自己的合理化建议，供大家参考、学习。 【关键词】谐波；谐波抑制；谐波治理 一、谐波产生的原因 电力系统是一个密不可分的整体，我们可以分析电力系统谐波产生的原因主要有: 1、电源本身质量不高而产生谐波：由于发电机三相绕组在制作上很难达到绝缘对称，铁心也很难达到绝对平均抑制，同步发电机所产生的谐波电动势是定子和转子之间的空气隙中的磁场非正弦分布所产生的。在发电机实际的运行中，气隙磁场不是严格的正弦波，只是含有一定的谐波成分。因此，在发电机的输出电压中，其本身就存在一定的谐波，而这其中的频率和谐波电压都是发电机本身的结构和工作状态。 2、输电系统产生的谐波：现在国家电网公司大力推行特高压电网，在特高压电网系统中广泛采用交流-直流-交流输电方式，两个交流系统采用直流系统连接（比如青藏联网工程）。当两个隔离的交流系统标称频率相同（或多或少会有一个频率差），用直流互联，这个很小的频率差在直流电压下被晶闸管投切到另一端变流器所调制，会和基波频率产生频拍，引起闪变电流流通，并可能激发机械谐振。 二、谐波的危害 谐波的存在对电网是一种污染，它使电力设备所处环境变化，也对周围的通信系统和公用电网以外的设备带来损害，其危害主要有： 1、变压器各类损耗增加。谐波会造成变压器的铜耗增大，其中包括对电阻、导体中的涡流、导体外部因漏通而形成的损耗1131。铁耗也随之增加，对于带不对称负载的变压器而言，其负载电流如果含有直流分量，则会引起变压器磁路饱和，因此会使交流励磁电流的谐波分量大大增加。 2、引起换流装置非正常工作。一旦换流装置的容量比例刚刚等于电网容量比例的1/3-1/2或超过的时候，在某些时刻虽然还没达到以上数值但电网参数则会造成较低次谐波次数的谐波谐振，常规控制角在交流电网电压畸变的情况下会形成触发脉冲间隔不等，系统的电压畸变会通过正反馈而被放大，从而影响整流器工作环境的稳定性，逆变器很可能因此发生连续的换相失败最终无法工作。 3、造成通信系统的非正常工作。电力线路上流过的幅值(3、5、7、ll)较大的奇次低频谐波电流通过磁场耦合，与相邻近电力线间的通信线路会产生干扰电压，造成通信系统的非正常工作，对通信线路中通话的清晰度，当处在谐波跟基波的共同影响之下，会触发电话铃声响起，更严重的情况下会损坏通信设备并威胁人员的安全。此外，高压直流换流站换相工程中所产生的电磁噪声会影响电力载波通信正常的工作状况，还会影响到基于载波工作的闭锁和继电保护装置的失效，从而威胁整个电网的安全。
谐波抑制和无功补偿
绪论 电能质量的好坏，直接影响到工业产品的质量，评价电能质量有三方面标准。首先是电压方面，它包含电压的波动、电压的偏移、电压的闪变等；其次是频率波动；最后是电压的波形质量，即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率，也就是谐波所占的比重。我国对电能质量的三方面都有明确的标准和规范。 随着科学技术的发展，随着工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。它不仅增加了电网的供电损耗，而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行，造成了这些装置的误动与拒动，直接威胁电网的安全运行。举个常见的例子来说，电子节能灯在使用量所占比重较小的电网中运行，的确比常用的白炽灯好，不仅亮度高又省电，而且使用寿命也长。但是相反，在大量投运节能灯后，就会发现节能灯的损坏率大大提高。这是由于节能灯是非线性负荷，它产生较大的谐波污染了这一片电网，造成三相负荷基本平衡情况下，中心线电流居高不下，造成了该片电网供电质量下降，用电设备发热增加，电网线损增加，使得该区的配变发热严重，严重影响其使用寿命。因此我们对非线性用电设备产生的谐波必须进行治理，使谐波分量不超过国家标准。
第一章 基础概念 1.1 电力系统的组成 电力系统是由发电、输电、用电三部分组成。其中过程为发电厂发电经升压变压器升压并网，再由输电网络输送的各个变电站，变电站进行降压后输送给各个用户，用户经过再一次降压后给用电设备供电。主要设备为发电机、升压变压器、输电网络、降压变压器、用电设备及二次保护系等组成。 发电机的电压等级一般为6KV 、10KV ，输电网络为110KV 、220KV 、500KV ，配电网络为10KV 、35KV ，用电设备一般为380V 、220V 。 我国电力系统采用三相50HZ 交流供电。 1.2 功率的概念 在供电系统中，通常总是希望交流电压和交流电流时正弦波形（不含有谐波的情况下），正如电压为： ()ωt U t U sin 2= 式中 U ------电压有效值 ω--------角频率 f πω2= f ---------频率 (50HZ) 正弦电压施加在线性无源负载上如电阻、电容、电感上时，其电流的表达式为： ()()?-= ωt I t I sin 2 I --------电流有效值 φ--------相位角 电压和电流的关系从相位图上看如：（绿色为电压，红色为电流）
10kV高压谐波治理兼无功补偿治理方案(模板示例)
10kV高压谐波治理兼无功补偿治理方案 1 系统概述 根据某铜业厂提供的现有配电系统情况可知，工厂现有35KV进线一条，该线非该厂专线。厂内主要负荷为电解铜生产线及大功率电机等用电设备。因电解铜生产线采用的是可控硅整流装置。由于可控硅整流装置的六脉及12脉整流特性，在运行过程中将产生以6N±1和12N±1（N为正整数）为主的谐波电流注入电网，危及到其它用电设备及电网的用电安全。同时因系统功率因数比较低，故用户在10KV母线上安装了一套高压电容补偿柜，但由于电解铜等用电设备在运行时产生了较大的谐波注入系统，而电容补偿柜在投入后又与系统发生并联谐振，对系统谐波进一步放大，造成电容补偿装置在谐波环境下运行因过载而发生较大的异常声音，甚至造成部分电容柜无法正常投入，经常造成高压补偿电容器的熔丝爆炸烧毁。 用户配电系统一次示意图如图1所示。 图1用户配电系统示意图 2系统用电参数分析 根据对厂内变电站10KV I段母线的谐波测试数据分析，可将运行时有功功率、无功功率、功率因数及谐波的变化可归纳为： （1）10KV母线平均功率因数约为0.92左右， （2）母线协议容量10MVA， （3）主要谐波源类型：热电解铜及大功率电机等， （4）10KV线路三相功率数据分析 段10KV I段母线正常运行时负荷基本相等，且负载相对较稳定。有功功率基本都8000kW左右，功率因数相对较低，约0.92左右，无功功率也基本在2800kVar～3300kVar之间变化。 3谐波分析 因负载大部分采用的是六脉波及12脉波整流，产生的主要谐波为：6N±1次及12N±1（N为工频频率倍数）。故10KV段谐波的特征次为5、7、11、13．．．．．．。其中5、7、11次谐波相对较大，故滤波装置应考虑以滤除5、7、11次谐波为主的滤波方式。根据我司于2007/09/21日对配电系统10KV母线 I段的谐波测试数据分析，将设备运行时产生的各次谐波值分析如下： 35kV侧用户协议容10MVA，设备容量90MVA，正常方式下短路容量为689MVA。 为了对滤波装置的滤波效果要求更为严格，故各次谐波电流注入允许值可按最小短路容量为689MVA的标准来考核，见表1。