電力系統(tǒng)的諧波畢業(yè)論文

1、成人教育畢業(yè)設(shè)計(論文)論文題目：電力系統(tǒng)諧波的治理年級.專業(yè).層次： 電氣工程自動化 學(xué)生姓名： 王國豪 學(xué)號 13201268 函授站： 鄭州電力高等專科學(xué)校 指導(dǎo)教師姓名： 李春林 2015年08 月I華北電力大學(xué)成人高等教育畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書學(xué)生姓名：王國豪 年級專業(yè)層次：電氣工程自動化學(xué) 號： 13201268 函 授 站：鄭州電專一、畢業(yè)設(shè)計(論文)題目：電力系統(tǒng)諧波及治理二、畢業(yè)設(shè)計(論文)工作起止時間： 2015年6月15日至2015年9月1日三、畢業(yè)設(shè)計(論文)的內(nèi)容要求：電能質(zhì)量的好壞，直接影響到工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量，評價電能質(zhì)量有三方面標(biāo)準(zhǔn)。首先是電壓方面，它包含電壓的波動

2、、電壓的偏移、電壓的閃變等；其次是頻率波動；最后是電壓的波形質(zhì)量，即三相電壓波形的對稱性和正弦波的畸變率，也就是諧波所占的比重。我國對電能質(zhì)量的三方面都有明確的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，隨著工業(yè)生產(chǎn)水平和人民生活水平的提高，非線性用電設(shè)備在電網(wǎng)中大量投運，造成了電網(wǎng)的諧波分量占的比重越來越大。它不僅增加了電網(wǎng)的供電損耗，而且干擾電網(wǎng)的保護裝置與自動化裝置的正常運行，造成了這些裝置的誤動與拒動，直接威脅電網(wǎng)的安全運行。本畢業(yè)設(shè)計的主要目的是讓學(xué)生了解諧波的基本概念、危害、治理方法，能夠根據(jù)實際情況確定合理的諧波治理方案。四、分階段完成時間：收集資料（1周）閱讀資料（1周）計算（3周）分析、

3、對比確定方案（4周）論文寫作（2周）五、原始數(shù)據(jù)和參考資料：1、GB/T14549-1993電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波2、吳競昌等編著.電力系統(tǒng)諧波.北京：水利電力出版社，1摘 要經(jīng)濟的飛速發(fā)展帶來供電緊張，為解決我國供電緊張的形勢，一方面要建設(shè)許多新的電廠和輸電線路，來滿足用戶用電的需求，另一方面要從多方面提高對電能的輸配和利用效率，減少電力系統(tǒng)電能的損耗。諧波是導(dǎo)致電力損耗增加，供電質(zhì)量下降的重要因素之一。因此諧波的治理刻不容緩。本文分析諧波基本性質(zhì)和測量方法，對配網(wǎng)中諧波的來源和危害進行了詳細(xì)說明，總結(jié)和提出了治理諧波的若干方法。本文首先針對電網(wǎng)諧波的問題，敘述了電網(wǎng)的諧波產(chǎn)生的主要原因，并

4、分別介紹了電網(wǎng)諧波對整個電力系統(tǒng)的危害，包括對電氣設(shè)備，輸配電設(shè)備，以及電能計量設(shè)備的具體危害。其次介紹了幾種對電網(wǎng)諧波的治理方法，其中，有源電力濾波器是抑制電網(wǎng)諧波的有效手段之一，這種濾波器能對頻率和幅度都變化的諧波進行跟蹤補償，且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，因而受到了廣泛重視。最后，對有源電力濾波器的基本原理、分類和基本組成進行了闡述。關(guān)鍵詞：有源電力濾波器，諧波的治理，諧波的危害Abstract The rapid development of economy brings the power supply tension, to solve the power supply tense

5、 situation in our country, on the one hand, to build lots of new power plants and transmission lines, electricity demand, on the other hand to efficient use of existing power resources, reduce the power loss. Harmonic is caused power loss increase, the important factor to the decline in quality of p

6、ower supply. So the harmonic governance is urgently needed. In this paper, basic properties and measuring method, harmonic source and harm of harmonics in the distribution network in detail, summarizes and puts forward several methods to control harmonic. Is described in this paper aimed at the prob

7、lem of harmonic, harmonic produced by the main reason, and introduced the harm of the electrical system of the harmonic wave in the power grid. Secondly, this paper introduces several kinds of harmonic of power grids management method, among them, the active power filter is one of the effective mean

8、s to suppress the harmonic power grid, the filter can to change the frequency and amplitude are tracking harmonic compensation, and compensation characteristics are not affected by the influence of the power grid impedance, thus received widespread attention. Finally, the basic principle of active p

9、ower filter, classification and basic composition were expounded.Keywords: active power filter , harmonic, harmonic harm目 錄摘 要IAbstractII第一章 緒論11.1諧波的發(fā)展及現(xiàn)狀11.2電力系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生原因2第二章 電網(wǎng)諧波的危害4第三章 諧波的抑制方法103.1降低諧波源的諧波含量103.2在諧波源處吸收諧波電流10第四章 諧波及有源電力濾波器的基本概念及原理124.1電力系統(tǒng)諧波的基本概念及含義124.2有源電力濾波器技術(shù)的提出144.3有源電力濾波器的組成

10、、原理和發(fā)展趨勢154.4有源電力濾波器的諧波電流檢測技術(shù)及其發(fā)展17參考文獻19致 謝2117華北電力大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計（論文）第一章 緒論 1.1諧波的發(fā)展及現(xiàn)狀 “諧波”一詞起源于聲學(xué)。有關(guān)諧波的數(shù)學(xué)分析在18世紀(jì)和19世紀(jì)已奠定了良好的基礎(chǔ)。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍在廣泛采用。電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀(jì)20年代和30年代就引起了人們的關(guān)注。當(dāng)時在德國，由于使用靜態(tài)汞弧而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發(fā)表的有關(guān)變流器諧波的論文是早期關(guān)于諧波研究的經(jīng)典論文。到了50年代和60年代E.W.Kimbark在其著作中對此進行了總結(jié)。70年代以來由于電力電子

11、技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭的應(yīng)有日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴(yán)重。世界各國都對諧波問題給予充分關(guān)注，定期召開有關(guān)諧波問題的學(xué)術(shù)討論會。國際電工委員會（IEC）和國際大電網(wǎng)會議都相繼組成了專門的工作組，制定包括供電系統(tǒng)、各項電力設(shè)備和用電設(shè)備以及家用電器在內(nèi)的諧波標(biāo)準(zhǔn)。近年來，配電網(wǎng)中整流器、變頻調(diào)速裝置、電弧爐、電氣化鐵路以及各種電力電子設(shè)備的應(yīng)用不斷增加。這些非線性、沖擊性和不平衡性的用電特性，對供電質(zhì)量造成嚴(yán)重的污染。另一方面，現(xiàn)代工業(yè)、商業(yè)以及居民用戶的用電設(shè)備對電能質(zhì)量的要求更加敏感，對供電質(zhì)量提出了更高的要求。隨著信息產(chǎn)業(yè)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展

12、以及傳統(tǒng)行業(yè)采用計算機管理及先進控制技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)代數(shù)字信息對供電可靠性及個性化電能質(zhì)量需求有了更高的要求。這意味著信息社會不僅依賴于電力供應(yīng)，而且更需要新的特殊的電力供應(yīng)。美國電力研究院(EPRI)的Narain G.Hingorani博士于1988年首先提出了“Custom Power”的新概念及其質(zhì)量分成三個等級。這實質(zhì)上就是計算機技術(shù)、現(xiàn)代控制理論和電力電子技術(shù)應(yīng)用于配電系統(tǒng)，構(gòu)成能夠提供優(yōu)質(zhì)電力和其他不同質(zhì)量的電力的配電系統(tǒng)以適應(yīng)不同電力用戶的不同要求。這是新一代柔性配電系統(tǒng)的發(fā)展方向。柔性配電新技術(shù)將為在電力市場條件下的電力用戶提供純凈、穩(wěn)定、可靠的綠色電源；同時，也提高了電能的傳

13、輸效率，給供電部門帶來了可觀的經(jīng)濟效益。僅依靠過去的無源濾波技術(shù)治理諧波已不能滿足要求，研究和開發(fā)適應(yīng)這一要求的新技術(shù)已成為近年來電力系統(tǒng)領(lǐng)域中的熱點。用戶電力（Custom Power）新技術(shù)主要利用GTO、IGBT等大功率電力電子器件組成的控制設(shè)備向用戶提供增值的、高可靠的、高質(zhì)量的電能，提高系統(tǒng)的供電可靠性（減少斷電次數(shù)），保證功率流質(zhì)量。1.2電力系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生原因電網(wǎng)諧波來自于3個方面：1.發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波：發(fā)電機由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因，發(fā)電源多少也會產(chǎn)生一些諧波，但一般來說很少。2.是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波：輸配電系統(tǒng)中主要

14、是電力變壓器產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性，加上設(shè)計變壓器時考慮經(jīng)濟性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵心的飽和程度有關(guān)。鐵心的飽和程度越高，變壓器工作點偏離線性越遠(yuǎn)，諧波電流也就越大，其中3次諧波電流可達(dá)額定電流0.5%。3.是用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波：晶閘管整流設(shè)備。由于晶閘管整流在電力機車、鋁電解槽、充電裝置、開關(guān)電源等許多方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。我們知道，晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分

15、中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路，在接感性負(fù)載時則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量可達(dá)基波的 30%;接容性負(fù)載時則含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈整流器，變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流;如果是12脈沖整流器，也還有11次及以上奇次諧波電流。經(jīng)統(tǒng)計表明：由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近40%，這是最大的諧波源。變頻裝置。變頻裝置常用于風(fēng)機、水泵、電梯等設(shè)備中，由于采用了相位控制，諧波成份很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分?jǐn)?shù)次諧波，這類裝置的功率一般較大，隨著變頻調(diào)速的發(fā)展，對電網(wǎng)造成的諧波也越來越多。 電弧爐、電

16、石爐。由于加熱原料時電爐的三相電極很難同時接觸到高低不平的爐料，使得燃燒不穩(wěn)定，引起三相負(fù)荷不平衡，產(chǎn)生諧波電流，經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注入電網(wǎng)。其中主要是27次的諧波，平均可達(dá)基波的8%20%，最大可達(dá)45%。氣體放電類電光源。熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源。分析與測量這類電光源的伏·安特性，可知其非線性十分嚴(yán)重，有的還含有負(fù)的伏·安特性，它們會給電網(wǎng)造成奇次諧波電流。家用電器。電視機、錄像機、計算機、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具等，因具有調(diào)壓整流裝置，會產(chǎn)生較深的奇次諧波。在洗衣機、電風(fēng)扇、空調(diào)器等有繞組的設(shè)備中，因不平衡電流的變化也能

17、使波形改變。這些家用電器雖然功率較小，但數(shù)量巨大，也是諧波的主要來源之一。第二章 電網(wǎng)諧波的危害諧波是電網(wǎng)的公害，它的危害主要體現(xiàn)在以下幾個方面:1）諧波會使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)成附加諧波損耗, 降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的使用效率。2）諧波影響電氣設(shè)備的正常工作。諧波會增加電機的附加損耗, 產(chǎn)生機械震動和過電壓 , 諧波會使變壓器局部嚴(yán)重過熱, 絕緣老化, 壽命縮短以至損壞。3）諧波會引起電網(wǎng)局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振, 引起電網(wǎng)嚴(yán)重事故。4）諧波會導(dǎo)致繼電保護和自動裝置誤動作,使電氣測量儀表不準(zhǔn)確。 5）諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,輕者引起噪聲、降低通信質(zhì)量。(一)對電力電容器的影響當(dāng)配電

18、系統(tǒng)非線性用電負(fù)荷比重較大，并聯(lián)電容器組投入時，一方面由于電容器組的諧波阻抗小，注入電容器組的諧波電流大，使電容器過負(fù)荷而嚴(yán)重影響其使用壽命，另一方面當(dāng)電容器組的諧波容抗與系統(tǒng)等效諧波感抗相等而發(fā)生諧振時，引起電容器諧波電流嚴(yán)重放大使電容器過熱而導(dǎo)致?lián)p壞。因此，電壓諧波和電流諧波超標(biāo)，都會使電容器的工作電流增大和出現(xiàn)異常，例如，對于常用自愈式并聯(lián)電容器，其允許過電流倍數(shù)是1.3 倍額定電流，當(dāng)電容器的電流超過這一限制時，將會造成電容器的損壞增加、發(fā)熱異常、絕緣加速老化而導(dǎo)致使用壽命降低，甚至造成損壞事故。同時，諧波使工頻正弦波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生鋸齒狀尖頂波，易在絕緣介質(zhì)中引發(fā)局部放電，長時間的局

19、部放電也會加速絕緣介質(zhì)的老化、自愈性能下降，而容易導(dǎo)致電容器損壞。按照電力系統(tǒng)諧波管理規(guī)定，電網(wǎng)中任何一點電壓正弦波的畸變率(各次諧波電壓有效值的均方根與基波電壓有效值的百分比)，均不得超過規(guī)定。(二)對電力變壓器的影響1.諧波電流使變壓器的銅耗增加，引起局部過熱，振動，噪聲增大，繞組附加發(fā)熱等。2.諧波電壓引起的附加損耗使變壓器的磁滯及渦流損耗增加，當(dāng)系統(tǒng)運行電壓偏高或三相不對稱時，勵磁電流中的諧波分量增加，絕緣材料承受的電氣應(yīng)力增大，影響絕緣的局部放電和介質(zhì)增大。對三角形連接的繞組，零序性諧波在繞組內(nèi)形成換流，使繞組溫度升高。3.變壓器勵磁電流中含諧波電流，引起合閘涌流中諧波電流過大，這種

20、諧波電流在發(fā)生諧振時的條件下對變壓器的安全運行將造成威脅。(三)對電力避雷器的影響變電站大容量、高電壓的變壓器由于合閘涌流的過程時間比較長，能夠延續(xù)數(shù)秒或更長的時間，有時還會引起諧振過電壓，并使相關(guān)避雷器的放電時間過長而受到損壞。這一問題對選擇保護高壓濾波器中電感或電容元件用的避雷器參數(shù)帶來較大的困難。(四)對輸電線路的影響1.諧波污染增加了輸電線路的損耗。輸電線路中的諧波電流加上集膚效應(yīng)的影響，將產(chǎn)生附加損耗，使得輸電線路損耗增加。特別是在電力系統(tǒng)三相不對稱運行時，對中性點直接接地的供電系統(tǒng)線損的增加尤為顯著。2.諧波污染增大了中性線電流，引起中性點漂移。在低壓配電網(wǎng)絡(luò)中，零序電流和零序性的

21、諧波電流(3次，6次、9次)不僅會引起中性線電流大大增加，造成過負(fù)荷發(fā)熱，使損耗增加，而且產(chǎn)生壓降，引起零電位漂移，降低了供電的電能質(zhì)量。(五)對電力電纜的影響諧波污染將會使電纜的介質(zhì)損耗、輸電損耗增大，泄漏電流上升，溫升增大及干式電纜的局部放電增加，引發(fā)單相接地故障的可能性增加。由于電力電纜的分布電容對諧波電流有放大作用，在系統(tǒng)負(fù)荷低谷時，系統(tǒng)電壓上升，諧波電壓也相應(yīng)升高。電纜的額定電壓等級越高，諧波引起電纜介質(zhì)不穩(wěn)定的危險性越大，更容易發(fā)生故障。(六)對繼電保護及自動裝置的影響1.對繼電保護及自動裝置運行環(huán)境的影響(1)在諧波嚴(yán)重超標(biāo)的電弧爐負(fù)荷、電氣化鐵路等諧波含量大的局部電網(wǎng)中會受到影

22、響。(2)頻繁出現(xiàn)變壓器嚴(yán)重涌流且涌流衰減緩慢的變電站受到涌流產(chǎn)生諧波的干擾。(3)在系統(tǒng)因短路容量太小而可能出現(xiàn)較大諧波電壓影響的場所會受到影響。(4)在易發(fā)生諧波諧振的配電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)、變電站網(wǎng)架近會受到影響。(5)在諧波受到電容器組或其他原因而被放大嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)附近會受到影響。2.繼電保護及自動裝置利用的啟動量小利用負(fù)序電流或電壓、零序電流或電壓、差動電流或電壓啟動會受到諧波的影響。其中利用負(fù)序量啟動的對諧波的敏感性最大。3.繼電器或啟動元件本身對諧波敏感(1)晶體管或集成電路保護裝置的動作量非常小和動作時間非常少，因此它的啟動判據(jù)容易受到諧波影響而出現(xiàn)較大的誤差。(2)利用信號過零取樣

23、的控制系統(tǒng)及利用數(shù)據(jù)過零點的數(shù)字式繼電器或微機保護，都會受到諧波的影響和干擾。(七)對繼電保護整定的影響繼電保護正常運行中，當(dāng)電源諧波分量較高時，可能會引起過電壓保護、過電流保護的誤動作。當(dāng)三相嚴(yán)重不對稱時，在正序性諧波或負(fù)序性諧波含量較高的情況下，可能對以負(fù)序濾過器為啟動元件的保護裝置產(chǎn)生干擾，而引起誤動。如某地電氣化鐵路通車后，曾發(fā)生過由于牽引變電所注入系統(tǒng)大量的諧波和負(fù)序電流，引起供電系統(tǒng)電能質(zhì)量指標(biāo)嚴(yán)重惡化，多次造成發(fā)電機的負(fù)序電流保護誤動，主變壓器的過電流保護裝置誤動，線路的距離保護振蕩閉鎖裝置誤動，高頻保護收發(fā)訊機誤動，母線差動保護誤動和故障錄波器誤動的事故。近年來，微機保護裝置的

24、大規(guī)模使用，使信號中的諧波干擾既可能引起測量誤差，又可能對裝置關(guān)鍵處理模塊的正常工作產(chǎn)生干擾，從而引起保護裝置的誤動或拒動。如上海寶鋼就發(fā)生過因電弧爐產(chǎn)生諧波的影響，造成諧波電流對數(shù)字型差動保護產(chǎn)生干擾，使差動保護動作跳閘的事故。(八)對電力系統(tǒng)其他運行設(shè)備的影響1.對同步發(fā)電機的影響。用戶的負(fù)序電流和諧波電流注入系統(tǒng)內(nèi)的同步發(fā)電機，將產(chǎn)生附加損耗，引起發(fā)電機局部發(fā)熱，降低絕緣強度。同時，由于輸出的電壓波形中產(chǎn)生附加諧波分量，使負(fù)載的同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子發(fā)生扭振，降低其工作壽命。2.對斷路器的影響。諧波會使某些斷路器的磁吹線圈不能正常工作，斷路器的遮斷能力降低，不能遮斷波形畸變率超過一定限值的故障電

25、流，對中壓斷路器截斷電感電流時可能發(fā)生諧頻涌波電壓和重燃現(xiàn)象，導(dǎo)致斷路器觸頭燒損。3.對消弧線圈的影響。當(dāng)電網(wǎng)諧波成分較大時，發(fā)生單相接地故障，消弧線圈對諧波電流將可能不起作用，在接地點得不到的補償，從而引發(fā)系統(tǒng)的故障擴大。4.對載波通信的影響。高諧波含量對電力載波通信的干擾主要表現(xiàn)在語音通信過程中產(chǎn)生噪聲，數(shù)據(jù)傳輸失真，降低EMS、DAS實時數(shù)據(jù)的真實可靠性，造成集中抄表系統(tǒng)中數(shù)據(jù)出錯等故障。(九)對電力用戶的影響用電設(shè)備對系統(tǒng)電源的污染會影響用電設(shè)備自身的可靠性。使用電能質(zhì)量污染的電源，用電設(shè)備又可能成為新的污染源，而危害電力系統(tǒng)和其他用戶設(shè)備?？赡墚a(chǎn)生的影響包括：對用戶電動機產(chǎn)生影響;對

26、用戶補償電容器產(chǎn)生影響;對用戶自動控制裝置產(chǎn)生影響;對居民生活用電產(chǎn)生影響;對用電安全造成威脅。另外，還包括對電信通信造成影響，對廣播、電視及精密制造工業(yè)造成干擾和影響，這類干擾和影響有些表現(xiàn)在差模干擾和共模干擾，差模干擾是工頻及長線傳輸分布電容的相互干擾，共模干擾是引起回路對地電位發(fā)生變化的干擾，是造成微機控制單元工作不正常的主要原因。(十)對用戶電動機的運行影響諧波電流通過交流電動機，使諧波附加損耗明顯增加，引起電動機過熱，機械振動和噪聲增大。當(dāng)三相電壓不對稱時，定子繞組上產(chǎn)生負(fù)序電流，并勵磁產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場，該制動磁場降低了電機的最大轉(zhuǎn)矩和過載能力，增加銅損，并且負(fù)序過電流可以將電機定子

27、繞組燒毀。負(fù)序性的諧波分量(5次、11次等)對電機的影響與負(fù)序電壓的效果一樣。當(dāng)產(chǎn)生電壓波動的主要低頻分量與電機機械振動的固有頻率一致時，誘發(fā)諧振，會使電動機造成損壞。(十一)對用戶補償電容器的影響電網(wǎng)無功配置容量中電容器所占比例最大，其中用戶電容器約占全部電容器的2/3。這部分電容器的設(shè)計大多只考慮無功補償量，不考慮裝設(shè)點電能質(zhì)量的實際污染情況，因此，運行點電能質(zhì)量指標(biāo)低時，常造成一些事故，如補償裝置投不上、電容器使用壽命降低、電容器保護熔絲熔斷，甚至發(fā)生串并聯(lián)諧振，引發(fā)電容器的諧波過電壓與過電流，導(dǎo)致電容器爆炸等。另外，用戶電容器的管理目前仍按平均功率因數(shù)進行考核，電容器很少按電網(wǎng)實際運行

28、情況投切，甚至只投不切，無形中使電網(wǎng)電壓失去了應(yīng)有的調(diào)節(jié)裕度，使電壓偏差等電能質(zhì)量指標(biāo)難以控制。(十二)對用戶自動控制裝置的影響隨著數(shù)字控制技術(shù)的大規(guī)模使用，很多精密負(fù)載對受電電能質(zhì)量指標(biāo)提出了更高的要求。電能質(zhì)量污染對這類設(shè)備的危害主要有三個方面，即在設(shè)備的檢測模塊中引入畸變量、干擾正常的分析計算、導(dǎo)致錯誤的輸出結(jié)果。另外還會對設(shè)備的硬件，如精密電機、開關(guān)電源等造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。干擾負(fù)載的保護回路，造成誤動作等。第三章 諧波的抑制方法諧波問題是關(guān)系到供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量的一個重要問題，在供電系統(tǒng)中對諧波的抑制即為如何減少或消除注入系統(tǒng)的諧波電流，以便把諧波電壓控制在限定值之內(nèi)，抑制諧波電流主

29、要有以下三方面的措施。3.1降低諧波源的諧波含量在諧波源上采取治理措施，從源頭上最大限度地避免諧波的產(chǎn)生。這就需要在設(shè)計、制造和使用諧波源設(shè)備時，要注意諧波對供電系統(tǒng)及其供用電設(shè)備的影響，采取切實可行的治理措施。用電業(yè)務(wù)管理部門要嚴(yán)格把關(guān)，對于沒有采取治理措施的諧波源用戶，要禁止其入網(wǎng)運行。3.2在諧波源處吸收諧波電流這種方法是對已有諧波進行有效抑制的方法，也是目前電力系統(tǒng)使用最為廣泛地抑制諧波的方法。其主要方法有以下幾種：1.無源濾波器無源濾波器安裝在電力電子設(shè)備的交流側(cè)，由L、C、R元件構(gòu)成諧振回路，當(dāng)LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時，即可阻止該次諧波流入電網(wǎng)。這種方法由于具

30、有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠及維護方便等優(yōu)點，是目前采用的抑制諧波及無功補償?shù)闹饕侄巍?.有源濾波器有源濾波器即利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實時補償諧波電流的目的。3.防止并聯(lián)電容器組對諧波的放大在電網(wǎng)中并聯(lián)電容器組起改善功率因數(shù)和調(diào)節(jié)電壓的作用。當(dāng)諧波存在時，在一定的參數(shù)下電容器組會對諧波起放大作用，危及電容器本身和附近電氣設(shè)備的安全?？刹扇〈?lián)電抗器，或?qū)㈦娙萜鹘M的某些支路改為濾波器，還可以采取限定電容器組的投入容量，避免電容器對諧波的放大。4.加裝靜止無功補償裝置快速變化的諧波源，如電弧爐、電力機車和卷揚

31、機等，除了產(chǎn)生諧波外，往往還會引起供電電壓的波動和閃變，有的還會造成系統(tǒng)電壓三相不平衡，嚴(yán)重影響公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量。在諧波源處并聯(lián)裝設(shè)靜止無功補償裝置，可有效減小波動的諧波量，同時，可以抑制電壓波動、電壓閃變、三相不平衡，還可補償功率因數(shù)。第四章 諧波及有源電力濾波器的基本概念及原理4.1電力系統(tǒng)諧波的基本概念及含義4.1.1 諧波的定義在供電系統(tǒng)中，通?？偸窍Ｍ涣麟妷汉徒涣麟娏鞒收也ㄐ?。正弦電壓可表示為 u(t)=Usin() (2-1)式中 U電壓有效值; 初相角; 角頻率, ; f頻率: T周期。正弦電壓施加在電阻、電感和電容這些線性無源元件上，其電流和電壓分別為比例、積分和微分關(guān)系

32、，仍為同頻率的正弦波。但當(dāng)正弦電壓施加在非線性電路上時，電流就變?yōu)榉钦也?，非正弦電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，會使電壓波形也變?yōu)榉钦也?。?dāng)然，非正弦電壓施加在線性電路上時電流也是非正弦波。對于周期為T=的非正弦電壓u()，一般滿足狄里赫利條件，可分解為如下形式的傅立葉級數(shù) u()= a0+ （2-2）式中 ; ; b=;或u()= a0+ （2-3）式中 c, , 和 a, b的關(guān)系為 c= ； =arctg(); a= csin; b= ccos；在式(2-2)或式(2-3)的傅立葉級數(shù)中，頻率為1/T的分量稱為基波，頻率為大于1/T的整數(shù)倍基波頻率的分量稱為諧波，諧波次數(shù)為諧波頻率和基波頻

33、率的整數(shù)比。國際上公認(rèn)的諧波含義為：“諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍”。所以，諧波次數(shù)必須為整數(shù)。如:我國電力系統(tǒng)的額定頻率為50Hz，則其基波為50Hz, 2次諧波為100Hz,以此類推。即諧波次數(shù)為諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比, 也可以分為奇次諧波和偶次諧波。4.1.2 諧波分析中的常用概念n次諧波電壓含有率以HRU (Harmonic Ratio U)表示。 HRU= （2-4）式中 U第n次諧波電壓有效值； U基波電壓有效值；n次諧波電流含有率以HRI表示 。 HRI= （2-5）式中 I第n次諧波電流有效值； I基波電流有效值；諧波電壓含量U和諧波電流含量I

34、分別定義為: （2-6） （2-7）電壓諧波總畸變率TND(Total Harmonic Distortion)和電流諧波總畸變率THD分別定義為: THD= (2-8) THD= （2-9）以上介紹了諧波以及與諧波有關(guān)的基本概念?？梢钥闯?，諧波是一個周期電氣量中頻率為大于1整數(shù)倍基波頻率的正弦波分量。4.2有源電力濾波器技術(shù)的提出 減少感性負(fù)載和非線性負(fù)載對市電電源的污染有兩個辦法：一是主動型，即對負(fù)載本身進行改造；二是被動型，即在電力系統(tǒng)中加裝無功與諧波電流補償裝置，如無功功率補償器和濾波器。被動型諧波抑制中安裝的電力濾波器又分為無源濾波器和有源濾波器。4.2.1無源電力濾波器無源濾波方案

35、是目前采用較多的諧波抑制手段。無源電力濾波器 (Passive Power Filter，簡稱PPF)由一組針對特定頻率的LC單調(diào)諧濾波器組成，既可以補償諧波，又可以補償無功功率。它具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟等優(yōu)點。無源濾波方案的優(yōu)點是簡單、方便、可靠，但它存在如下缺點：(1) 濾波器的設(shè)計大多針對特定頻率的諧波，只能濾除特定次諧波；(2 )電網(wǎng)阻抗與LC可能產(chǎn)生并聯(lián)諧振使該次諧波分量放大，降低電網(wǎng)質(zhì)量；(3) 電網(wǎng)阻抗與LC可能產(chǎn)生串聯(lián)諧振；(4)體積大、損耗大。4.2.2有源電力濾波器為了解決無源濾波器的局限性，人們做了許多研究和探索其中有代表意義的是有源電力濾波器技術(shù)的提出。20世紀(jì)

36、80年代后期有源電力濾波器（APF）在日美等發(fā)達(dá)國家成功研制并投入使用。1991年，H.Fujita等人提出了一種APF與PF串聯(lián)后再并入交流系統(tǒng)的HAPF。隨著現(xiàn)代控制理論和微處理器等方面的發(fā)展，PWM變流器技術(shù)和DSP技術(shù)在電力有源濾波器中廣泛應(yīng)有，使電力電子裝置趨于數(shù)字化。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，有源電力濾波器技術(shù)已取得了很大的進步。與無源電力濾波器相比，有源電力濾波器具有以下優(yōu)點。 (1)對功率器件工作頻率以內(nèi)的各次諧波都有較好的濾波效果； (2)當(dāng)系統(tǒng)阻抗和頻率變化時，濾波特性不受影響； (3)不會發(fā)生串/并聯(lián)諧振現(xiàn)象，且能有效抑制系統(tǒng)與無源濾波器間的諧振； (4)不存在過載現(xiàn)象，當(dāng)負(fù)載諧

37、波電流較大時，仍能繼續(xù)運行。4.3有源電力濾波器的組成、原理和發(fā)展趨勢4.3.1有源電力濾波器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理有源電力濾波器 (APF)根據(jù)與補償對象連接的方式的不同，可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種，實際應(yīng)用中多為并聯(lián)型。下面以并聯(lián)型有源濾波器為例。圖1-1所示為最基本的有源電力濾波器的原理框圖。有源電力濾波器系統(tǒng)由兩部分組成，即指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路。其中，指令電流運算電路的核心是檢測出被補償對象電流中的諧波和無功等電流分量；補償電流發(fā)生電路的作用是根據(jù)指令電流運算電路得出補償電流的指令信號，產(chǎn)生實際的補償電流。負(fù)載主電路指令電流運算電路驅(qū)動電路電流跟蹤控制電路電源sisiLicH

38、PFRLic*圖2-1 系統(tǒng)構(gòu)成原理圖APF作為主電路的PWM變流器，在產(chǎn)生補償電流時，主要作為逆變器工作。在電網(wǎng)向有源電力濾波器直流側(cè)充電時，它作為整流器工作。也就是說，它既可以工作在逆變器狀態(tài)，又可以工作在整流器狀態(tài)，而這兩種狀態(tài)無法嚴(yán)格區(qū)分。 圖2-1所示為有源濾波器的基本工作原理：檢測補償對象的電壓和電流，經(jīng)指令電流運算單元計算得出補償電流的指令電流信號，該信號經(jīng)補償電流發(fā)生電路放大，得出補償電流，補償電流與負(fù)載電流中要補償?shù)闹C波及無功等電流抵消，最終得到期望的電源電流。 如果要求有源電力濾波器在補償諧波的同時，也補償無功功率，則需要在補償電流的指令信號中增加與負(fù)載電流的基波無功分量反

39、極性的成分即可。這樣，補償電流與負(fù)載電流中的諧波及無功成分相互抵消。4.3.2有源電力濾波器的分類有源電力濾波器按照所使用的變流器類型可分為：電流型有源濾波器 (CSI)和電壓型有源濾波器 (VSI )；按照與負(fù)載連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為：并聯(lián)型、串聯(lián)型和串、并聯(lián)混合使用型；按照使用場合的電源相數(shù)可分為：單相、三相三線和三相四線用有源電力濾波器等。 圖2-2 有源電力濾波器的系統(tǒng)構(gòu)成分類下面根據(jù)APF與負(fù)載連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分類方式對有源電力濾波器的基本原理作簡單的介紹。并聯(lián)型APF主要用于感性電流源型負(fù)載的諧波補償，目前技術(shù)上已相當(dāng)成熟，投入運行的APF多為此方案。而對于串聯(lián)型APF來說，通過變壓

40、器串聯(lián)在電源與負(fù)載間，可等效為一受控電壓源，主要用于消除帶電容的二極管整流電路等電壓諧波源負(fù)載對系統(tǒng)的影響。此外，還有串-并聯(lián)型APF，其兼有串、并聯(lián)型APF的功能，具有較高性價比。值得關(guān)注的是并聯(lián)型APF與LC并聯(lián)結(jié)構(gòu)，這是有源電力濾波器中最基本的形式，也是目前應(yīng)用最多的一種。4.3.3有源電力濾波器的發(fā)展趨勢作為改善和提高電能質(zhì)量的主要措施之一，有源電力濾波器技術(shù)近年來取得了大的發(fā)展。具體表現(xiàn)在電能質(zhì)量問題得到了政府和相關(guān)部門的高度重視；功率開器件的性價比也在逐步提升；隨著新一代DSP的出現(xiàn)，控制系統(tǒng)的成本只占很小一部分等等。關(guān)于有源電力濾波器技術(shù)的研究目前主要集中在以下幾個方面：(1)諧

41、波處理理論的進一步研究；(2)進一步降低補償裝置相對于負(fù)載 (諧波源)裝置的容量；(3)控制系統(tǒng)的進一步簡化；(4)補償裝置的多功能化。我國在有源電力濾波器的研究方面起步較晚，進入90年代，國內(nèi)的多所高校和研究機構(gòu)才加入到了有源濾波器的研究中來，當(dāng)時的工作主要以理論研究和實驗為主。但在對國外研究成果進行消化吸收的基礎(chǔ)上，我國的有源濾波器的理論研究己經(jīng)達(dá)到或者接近國際先進水平。但總的來說，由于受各種條件限制，我國有源電力濾波器的實際應(yīng)用水平不高，范圍不大。所以目前的主要發(fā)展方向是加快有源電力濾波器的產(chǎn)品化。4.4有源電力濾波器的諧波電流檢測技術(shù)及其發(fā)展有源電力濾波器技術(shù)包含著三個關(guān)鍵技術(shù)，即功率器件制造技術(shù)、諧波電流檢測技術(shù)和電流控制技術(shù)。三大技術(shù)的發(fā)展決定著APF技術(shù)的發(fā)展。下面我們就來看一下最基本的集中檢測的方法。 (1)用模擬帶通濾波器檢測的方法。該方法使用模擬濾波器來實現(xiàn)諧波電流檢測。該檢測法的優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單，造價低，輸出阻抗低，品質(zhì)因素易于控制由于濾波器中心頻率固定，當(dāng)電網(wǎng)頻率波動時，濾波效果會大大下降。這種方法多用于補償效果要求不高的場合，它不能適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的需要。(2)基于Fryze功率定義的檢測方法其原理是將負(fù)載電流分解為與電壓波形一致的分量，將其余分量作為廣義無功電流 (包括諧波電流)。它的缺點是：因為