電力行業(yè)-供電系統(tǒng)電能質(zhì)量相關(guān)知識培訓(xùn)教材（DOC20頁）

1、更多資料在資料搜索網(wǎng)( ) 海量資料下載1、 諧波的定義一、諧波定義        供電系統(tǒng)諧波的定義是對周期性非正弦電量進(jìn)行傅立葉級數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值（n=fn/f1） 稱為諧波次數(shù)。電網(wǎng)中有時也存在非整數(shù)倍諧波，稱為非諧波（Non-harmonics）或分?jǐn)?shù)諧波。諧波實(shí)際上是一種 干擾量，使電網(wǎng)受到“污染”。電工技術(shù)領(lǐng)域主要研究諧波的發(fā)生、傳輸、測量、危害及抑制，其頻率范圍一般 為2n40。二、諧波源 

2、60;      向公用電網(wǎng)注入諧波電流或在公用電網(wǎng)上產(chǎn)生諧波電壓的電氣設(shè)備稱為諧波源。具有非線性特性的電氣設(shè)備是主要的諧波源，例如帶有功率電子器件的變流設(shè)備，交流控制器和電弧爐、感應(yīng)爐、熒光燈、變壓器等。我國工業(yè)企業(yè)也越來越多的使用產(chǎn)生諧波的電氣設(shè)備，例如晶閘管電路供電的直流提升機(jī)、交-交變頻裝置、軋鋼機(jī)直流傳動裝置、晶閘管串級調(diào)速的風(fēng)機(jī)水泵和冶煉電弧爐等。這些設(shè)備取用的電流是非正弦形的，其諧波分量使系統(tǒng)正弦電壓產(chǎn)生畸變。諧波電流的量取決于諧波源設(shè)備本身的特性及其工作狀況，而與電網(wǎng)參數(shù)無關(guān)，故可視為恒流源。各種晶閘管電路產(chǎn)生的諧波次數(shù)與其電路

3、形式有關(guān)，稱為該電路的特征諧波。對稱三相變流電路的網(wǎng)側(cè)特征諧波次數(shù)為： （正整數(shù)）式中p為一個電網(wǎng)周期內(nèi)脈沖觸發(fā)次數(shù)（或稱脈動次數(shù)）。除特征諧波外，在三相電壓不平衡，觸發(fā)脈沖不對稱或非穩(wěn)定工作狀態(tài)下，上述電路還會產(chǎn)生非特征諧波。進(jìn)行諧波分析和計算最有意義的是特征諧波，如果5，7，11，13次等。對于p脈動的變流電路，假定直流側(cè)電流為理想平滑，其網(wǎng)側(cè)n次諧波電流與基波電流之比為：更多資料在資料搜索網(wǎng)( ) 海量資料下載式中為換流重疊角。，估算時可取。如直流側(cè)電流波紋較大，則5次諧波幅值將增大，其余各次諧波幅值將減少。當(dāng)電網(wǎng)接有多個諧波源時，由于各諧波源的同次諧波電流分量的相位不同，其和將小于各分

4、量的算術(shù)和。 變壓器激磁電流中含有3，5，7等各次諧波分量。由于變壓器的原副邊繞組中總有一組為角形接法，為3次諧波提供了通路，故3次諧波電流不流入電網(wǎng)。但當(dāng)各相激磁電流不平衡時，可使3次諧波的殘余分量（最多可達(dá)20%）進(jìn)入電網(wǎng)。三、諧波傳輸        對于多電壓等級的電網(wǎng)，其諧波阻抗的特點(diǎn)是Zn（高壓側(cè)）Zn（低壓側(cè)）。諧波電流由低壓側(cè)流向高壓側(cè)，其大小基本上與高壓側(cè)參數(shù)無關(guān)，可視為恒流源。諧波電壓由高壓側(cè)傳輸?shù)降蛪簜?cè)，可視為恒壓源。在進(jìn)行諧波分析時，就是根據(jù)這個原則構(gòu)造電網(wǎng)的諧波等效電路。1.電網(wǎng)元件的頻率特性在諧波頻

5、率范圍內(nèi)，由于渦流和漏磁場的作用，電網(wǎng)元件的諧波參數(shù)要考慮長線效應(yīng)，即變壓器和導(dǎo)線的等效電阻R隨頻率的上升而增加，等效電感L隨頻率的上升而降低。電纜、導(dǎo)線和電容器的電容C基本不隨頻率變化而保持恒定。負(fù)載阻抗與頻率的關(guān)系依負(fù)載的不同而異（見圖1：負(fù)載有功電導(dǎo)頻率關(guān)系圖）。電機(jī)類負(fù)荷在簡化分析時可只考慮其漏感。電機(jī)漏感Lsn的頻率特性與變壓器相似。2.電網(wǎng)等效電路電網(wǎng)可以由電網(wǎng)各元件的諧波參數(shù)Rn，Ln和Cn組成等效網(wǎng)絡(luò)。三相對稱電網(wǎng)的等效電路圖通常采用單相表示（見圖2：電網(wǎng)及其等效電路和阻抗矢量軌跡圖）。根據(jù)等效電路計算各頻率下的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Yn，求出阻抗Zn=，計算諧波電壓Un=ZnIn。電網(wǎng)

6、在某些諧波頻率下會發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波電流大幅度增加。電網(wǎng)的并聯(lián)諧振頻率按下式計算：式中 Sk為節(jié)點(diǎn)B的短路功率（MVA）；Sc為電網(wǎng)充電功率（包括并聯(lián)電容器的功率，MVA）。諧振回路品質(zhì)因數(shù)Q的大小取決于諧振頻率和電網(wǎng)的負(fù)荷率，負(fù)荷率下降，品質(zhì)因數(shù)升高。低壓電網(wǎng)的品質(zhì)因數(shù)為23，高壓公用電網(wǎng)為25，高壓工業(yè)電網(wǎng)約為10。低壓電網(wǎng)無并聯(lián)電容器時，其諧振頻率一般不在諧波范圍內(nèi)。 四、諧波限值        為使電網(wǎng)諧波電壓保持在允許值以下，必須限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流量。大多數(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼制定了電網(wǎng)諧波管理的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)

7、定。諧波管理標(biāo)準(zhǔn)的制定是基于電磁相容性的原則，即在一個共同的電磁環(huán)境中，電氣設(shè)備既能正常工作，又不得過量地干擾這個環(huán)境（見圖3：電磁相容性）。     我國已于1993年頒布了限制電力系統(tǒng)諧波的國家標(biāo)準(zhǔn)電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波，規(guī)定了公用電網(wǎng)諧波電壓限值和用戶向公用電網(wǎng)注入諧波電流的允許值（見表1及表2）。電壓或電流的正弦波形受諧波影響而畸變的程度用諧波電壓或電流含有率表示：HRVn=（Un/U1）100%HRIn=（In/I1）100%式中 Un、In為第n次諧波電壓、電流有效值；U1、I1為基波電壓、電流有效值。 表1 公用電網(wǎng)諧波電壓（相電

8、壓）極限值電網(wǎng)標(biāo)稱電壓 kV電壓總諧波畸變率 %各次諧波電壓含有率奇次偶次0.385.04.02.06（10）4.03.21.635（66）3.02.41.21102.01.60.8表2 注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值標(biāo)準(zhǔn)電壓kV基準(zhǔn)短路容量MVA諧波次數(shù)及諧波電流允許值（A）23456789101112131415161718192021222324250.381078623962264419211628132411129.7188.6167.88.97.1146.512610043342134142411118.5167.1136.16.85.31.4.79.04.34.93.97.43.

9、66.810100262013208.5156.46.85.19.34.37.93.74.1326.02.85.42.62.92.34.52.147125.18.83.84.13.15.62.64.72.22.51.93.61.73.21.51.91.42.71.32.56650016138.1135.49.34.14.33.35.92.75.02.32.62.03.81.83.41.61.91.52.81.42.6110750129.66.09.64.06.83.03.22.44.32.03.71.71.51.52.81.32.51.21.41.12.11.01.9

10、五、諧波危害         諧波增加電氣設(shè)備的熱損耗，干擾其功能甚至引發(fā)故障。另外諧波可對信息系統(tǒng)產(chǎn)生頻率藕合干擾。 1.電動機(jī)諧波電壓在電動機(jī)短路阻抗上產(chǎn)生的諧波電流和電動機(jī)負(fù)序基波電流I一起使設(shè)備產(chǎn)生附加熱損耗，并且在電動機(jī)起動時容易發(fā)展成干擾力矩。諧波電流和負(fù)序基波電流有效值之和一般不得大于電動機(jī)額定電流Ie的510%，即         如果電動機(jī)不是按額定功率連續(xù)運(yùn)行，可以允許短時超出上述限值。2.電容器  

11、60;     諧波可使電容器過流發(fā)熱。在畸變電壓下電容器的電流有效值為：有關(guān)規(guī)程規(guī)定電容器長期工作電流不得超過1.3倍額定電流（Ic=CUn）。位于諧波源附近的電容器或者濾波電容器通常按較高的電流有效值特殊制造。 3.電子裝置        諧波電壓可使晶閘管觸發(fā)裝置發(fā)生觸發(fā)錯誤，甚至導(dǎo)致設(shè)備故障。諧波也會對電網(wǎng)音頻控制系統(tǒng)和計算機(jī)產(chǎn)生不良影響。 4.通訊系統(tǒng)        在2.5kHz以下導(dǎo)線間電感電容藕合作用

12、隨頻率呈近似線性上升，特別是較高次諧波會對通訊及信息處理設(shè)備產(chǎn)生干擾。 六、諧波測量        測量諧波電流使用低感分流器（約L/R）和電子式電鉗，測量諧波電壓使用電阻分壓器或電容式分壓器。諧波測量設(shè)備基于快速傅立葉分析原理，由模擬濾波器和模擬（數(shù)字）相關(guān)器或者計算機(jī)組成。諧波阻抗測量是使用一個可控式電源向電網(wǎng)注入諧波頻率電流，然后分別測量諧波電壓的幅值和相位（見圖4：諧波注入原理圖）。 七、諧波抑制         將三相橋式電路的脈動數(shù)從

13、6提高到12，可消除5，7次諧波。將多個諧波源接于同一段母線，利用諧波的相互補(bǔ)償作用也可降低電網(wǎng)諧波含量。         當(dāng)諧波量超出規(guī)程允許值或者電網(wǎng)在諧波范圍內(nèi)有諧振時，通常設(shè)置單調(diào)諧濾波器吸收特征諧波。對于13次及以上的諧波，可設(shè)置一個高通濾波器。濾波回路也會吸收電網(wǎng)原有諧波并可能性導(dǎo)致過負(fù)荷。一般通過調(diào)整失諧率，降低品質(zhì)因數(shù)或者通過附加電子裝置控制電流值來避免過負(fù)荷。電容器可通過串聯(lián)電抗器形成諧波阻塞回路，以防止電容器諧波過負(fù)荷。一般將串聯(lián)諧振頻率定在250Hz以下。電力系統(tǒng)諧波成因分析一、引言 

14、;       一個理想的電力系統(tǒng)是以單一恒定頻率與規(guī)定幅值的穩(wěn)定電壓供電的。但實(shí)際上，由于近年來隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在電力系統(tǒng)中大功率換流設(shè)備和調(diào)壓裝置的利用、高壓直流輸電的應(yīng)用、大量非線性負(fù)荷的出現(xiàn)以及供電系統(tǒng)本身存在的非線性元件等使得系統(tǒng)中的電壓波形畸變越來越嚴(yán)重，對電力系統(tǒng)造成了很大的危害，如：使供電系統(tǒng)中的元件損耗增大、降低用電設(shè)備的使用壽命、干擾通訊系統(tǒng)等。嚴(yán)重時甚至還能使設(shè)備損壞，自動控制失靈，繼電保護(hù)誤動作，因而造成停電事故等及其它問題。所謂"知己知彼，百戰(zhàn)不殆"，因此,要實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)諧波的綜合治

15、理,就必須搞清楚諧波的來源及電網(wǎng)在各種不同運(yùn)行方式下諧波潮流的分布情況，以采取相應(yīng)的措施限制和消除諧波，從而改善供電系統(tǒng)供電質(zhì)量和確保系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。二、電力系統(tǒng)諧波的來源        電力系統(tǒng)中諧波源是多種多樣的。主要有以下幾種：1、系統(tǒng)中的各種非線性用電設(shè)備如：換流設(shè)備、調(diào)壓裝置、電氣化鐵道、電弧爐、熒光燈、家用電器以及各種電子節(jié)能控制設(shè)備等是電力系統(tǒng)諧波的主要來源。這些設(shè)備即使供給它理想的正弦波電壓，它取用的電流也是非線性的，即有諧波電流存在。并且這些設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流也會注入電力系統(tǒng)，使系統(tǒng)各處電壓產(chǎn)生諧波分量

16、。這些設(shè)備的諧波含量決定于它本身的特性和工作狀況，基本上與電力系統(tǒng)參數(shù)無關(guān)，可視為諧波恒流源。2、供電系統(tǒng)本身存在的非線性元件是諧波的又一來源。這些非線性元件主要有變壓器激磁支路、交直流換流站的可控硅控制元件、可控硅控制的電容器、電抗器組等。3、如熒光燈、家用電器等的單個容量不大，但數(shù)量很大且散布于各處，電力部門又難以管理的用電設(shè)備。如果這些設(shè)備的電流諧波含量過大，則會對電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，對該類設(shè)備的電流諧波含量，在制造時即應(yīng)限制在一定的數(shù)量范圍之內(nèi)。4、發(fā)電機(jī)發(fā)出的諧波電勢。發(fā)電機(jī)發(fā)出諧波電勢的同時也會有諧波電勢產(chǎn)生，其諧波電勢取決于發(fā)電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)和工作狀況，基本上與外接阻抗無關(guān)。故可

17、視為諧波恒壓源，但其值很小。三、電力系統(tǒng)諧波潮流計算        所謂電力系統(tǒng)諧波潮流計算，就是通過求解網(wǎng)絡(luò)方程In=YnUn (n=3,5,7.n：諧波次數(shù)。In為諧波源負(fù)荷注入電網(wǎng)的n次諧波電流列向量。Yn為電網(wǎng)的n次諧波導(dǎo)納陣。Un為電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)母線的n次諧波電壓列向量)。求得電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)（母線）得諧波電壓，進(jìn)而求得各支路中的諧波電流。當(dāng)電力系統(tǒng)中存在有諧波源時，此時系統(tǒng)中個接點(diǎn)電壓和支路電流均會有高次諧波。為了確定諧波電壓和諧波電流在供電系統(tǒng)中的分布，需要對諧波阻抗構(gòu)成的等效電路進(jìn)行潮流計算，同時當(dāng)整流裝置供電系統(tǒng)

18、中有容性元件存在時，還要根據(jù)各支路諧波阻抗的性質(zhì)和大小，來檢驗有無諧振的情況。進(jìn)行諧波潮流計算，首先必須確定電網(wǎng)元件的諧波阻抗。（3.1）、 電網(wǎng)各類元件的諧波阻抗：（1）、同步發(fā)電機(jī)的諧波阻抗合格的發(fā)電機(jī)的電勢是純正弦的，不含有高次諧波，其發(fā)電機(jī)電勢只存在于基波網(wǎng)絡(luò)。在高次諧波網(wǎng)絡(luò)里，由于發(fā)電機(jī)諧波電勢很小，此時可視發(fā)電機(jī)諧波電勢為零。故其等值電路為連接機(jī)端與中性點(diǎn)的諧波電抗*。其中     XGn=nXG1-（1）式中 XG1為基波時發(fā)電機(jī)的零序、正序或負(fù)序電抗，有該次諧波的序特性決定如果需要計及網(wǎng)絡(luò)損耗，對于發(fā)電機(jī)，可將其阻抗角按85度估計，對于輸

19、電線，變壓器和負(fù)荷等元件的等值發(fā)電機(jī)，可將其阻抗角按75度估計。（2）、變壓器的諧波阻抗電力系統(tǒng)諧波的幅值常是隨著頻率的升高而衰減，故在基波潮流計算尤其是高壓電網(wǎng)中，常忽略變壓器的激磁支路和匝間電容。在計算諧波電流時，只考慮變壓器的漏抗，且認(rèn)為與諧波次數(shù)所認(rèn)定的頻率成正比。在一般情況下，變壓器的等值電路就簡化為一連接原副邊節(jié)點(diǎn)的諧波電抗*其中 * 為變壓器基波漏電抗。在高次諧波的作用下，繞組內(nèi)部的集膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)增大，這時變壓器的電阻大致與諧波次數(shù)的平方成正比，此時的變壓器諧波阻抗為：       Zn=sqrt(n)RT1+jnX

20、T1-（3）其中RT1為基波時變壓器的電阻。對于三相繞組變壓器，可采用星型等值電路，其諧波阻抗的計算方法通上。當(dāng)諧波源注入的高次諧波電流三相不對稱時，則要根據(jù)變壓器的接線方式和各序阻抗計算出三相諧波阻抗。3）電抗器的諧波阻抗當(dāng)只計及電抗器感抗時，對n次諧波頻率為：XLn=Nxl*UN/sqrt(3)IN4）、輸電線路的諧波阻抗輸電線路是具有均勻分布參數(shù)的電路，經(jīng)過完全換位的輸電線路可看作是三相對稱的。在潮流計算中，通常以集中參數(shù)的PI型等值電路表示。如下圖：            &#

21、160;                                  在計及分布特性的情況下，則：ZLn=Znsh(rnl)Yln/2=(chrnl-1)/(Znshrnl)ZN和RN分別為對于于該次諧波時線路的波阻抗和傳播常數(shù)。其中 Zn=sqrt(Z

22、0n/Y0n)     Rn=sqrt(Z0nYon)      Z0N和Y0N 分別為該次諧波時輸電線路單位長度的阻抗和導(dǎo)納五）、負(fù)荷的諧波阻抗        在諧波潮流計算時，基波部分可按節(jié)點(diǎn)注入功率看待，而在諧波網(wǎng)絡(luò)中將它看作是恒定阻抗，近似地可認(rèn)為綜合負(fù)荷為一等值電動機(jī)。其綜合負(fù)荷的諧波等值阻抗值為：ZN=SQRT（N）R1+JNX1其中 R1，X1 為基波等值電動機(jī)的負(fù)序電阻、電抗、其值可由該節(jié)點(diǎn)的基波電壓、功率值經(jīng)換算求得。

23、零序電流一般不會進(jìn)入負(fù)荷，因而在零序性的高次諧波網(wǎng)絡(luò)里，可忽略負(fù)荷支路。當(dāng)確定了電路中各電氣元件的諧波阻抗后，可以構(gòu)成一個諧波作用的等效電路，以便進(jìn)行計算，繪制諧波作用下的等效電路時應(yīng)注意以下幾個特點(diǎn)：（1）、諧波作用的等效電路，均應(yīng)以整流裝置為中心，按照實(shí)際接線構(gòu)成，于是整流裝置視為諧波源，而電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)不是以能源出現(xiàn)，而是作為諧波源的負(fù)載阻抗的一部分。（2）、電路元件阻抗可以用有名值進(jìn)行計算，也可以用標(biāo)幺值進(jìn)行計算。當(dāng)采用有名值進(jìn)行計算時，全部電路應(yīng)折算到某一基準(zhǔn)電壓，便于分析和應(yīng)用。（3）一般計算中，元件的所有電阻均可忽略，但是當(dāng)系統(tǒng)某一部分發(fā)生或接近并聯(lián)或串聯(lián)諧振時，此時的電阻影響

24、卻不能忽略。（4）、在諧波電流近似計算中，所確定的是整流裝置側(cè)的總諧波電流，根據(jù)諧波作用等效電路，才能確定各支路諧波電流和電壓的分布。更多資料在資料搜索網(wǎng)( ) 海量資料下載3.2、諧波潮流計算（3.2.1）、無容性元件網(wǎng)絡(luò)的諧波潮流計算（1）、對稱系統(tǒng)的諧波潮流計算對稱系統(tǒng)中三相情況相同，因此可以按一相情況來計算。當(dāng)確定了整流裝置任一側(cè)總諧波電流后，結(jié)合諧波等效電路，就可以確定系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中任一支路的諧波電流分布。然后再根據(jù)節(jié)點(diǎn)諧波電壓和節(jié)點(diǎn)注入諧波電流的關(guān)系I=YU（其中，Y為諧波導(dǎo)納陣），就可以確定各處的節(jié)點(diǎn)諧波電壓了。進(jìn)而可求出潮流功率。其計算步驟如下：<1>、根據(jù)所給運(yùn)行條件

25、，以通常的潮流計算方法求解基波潮流。<2>、按諧波源工作條件，確定其它有關(guān)參數(shù)及需要計算的諧波次數(shù)。<3>、計算各元件諧波參數(shù)，形成各次諧波網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，并計算相應(yīng)諧波網(wǎng)的注入電流。<4>、由式IN=YNUN確定各節(jié)點(diǎn)的諧波電壓，并計算各支路諧波功率。其中，應(yīng)注意有諧波儀測出的諧波注入電流，其相角是相對于基波電流的相角。故求出基波電流后，需將諧波注入電流相角進(jìn)行修正。同樣，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的功率是基波功率與諧波功率之和，故基波注入功率也應(yīng)進(jìn)行修正。但線性負(fù)荷處的基波注入功率不必修正。 （2）、不對稱系統(tǒng)諧波潮流計算在不對稱系統(tǒng)中，三相情況各不相同，而且

26、相互影響，因此必須同時進(jìn)行三相系統(tǒng)的計算。不對稱網(wǎng)絡(luò)潮流的計算可將網(wǎng)絡(luò)分為各次諧波網(wǎng)絡(luò)，先計算基波網(wǎng)絡(luò)，求得各節(jié)點(diǎn)基波電壓后，按它計算各諧波潮流的各次注入電流，再按此諧波注入電流解算各次諧波的網(wǎng)絡(luò)方程，求出各節(jié)點(diǎn)的各次諧波電壓。（3.2.2）、整流裝置供電系統(tǒng)中有容性元件存在時的諧波潮流計算當(dāng)整流裝置供電系統(tǒng)中有容性元件存在時，電容器對整流裝置的換相過程和電壓電流波形都有影響。一般在基波頻率下，感抗和容抗支路的參數(shù)在數(shù)值上相差甚大，不致產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，但整流裝置的一次非正弦回路，可以看成是幾個不同頻率和振幅的正弦電勢在回路中分別作用的綜合結(jié)果，因感抗頻率特性與容抗頻率特性剛好相反，有可能在某次諧

27、波下兩者數(shù)值相近，發(fā)生諧振現(xiàn)象。故此時除了進(jìn)行正常的諧波潮流計算外，還要根據(jù)各支路諧波阻抗的性質(zhì)和大小，來檢驗有無諧振。四、總結(jié)   電力系統(tǒng)中的諧波的出現(xiàn)，對于電力系統(tǒng)運(yùn)行是一種"污染"。它們降低了系統(tǒng)電壓正玄波形的質(zhì)量，不但嚴(yán)重地影響了電力系統(tǒng)自身，而且還危害用戶和周圍的通信系統(tǒng)。因此對電力系統(tǒng)諧波的研究對于改善電能質(zhì)量，抑制和消除諧波具有十分重要的意義。 參考文獻(xiàn)1、程浩忠，電力系統(tǒng)諧波技術(shù)，上海交通大學(xué)出版社，19982、陸廷信，供電系統(tǒng)中的諧波分析與抑制，機(jī)械工業(yè)出版社，19903、 G.T.Heydt , W.M.Grady and

28、 D.Xia , Harmonic Power How Dtudies Vol,Iand,Technical Report,Purdue University,19824、  夏道止、洗贊塤, 高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波分析及諧波抑制，水利電力出版社，19945、夏道止、郝愛特，諧波潮流研究（一），（二），西安交通大學(xué)學(xué)報，1981，第5，6期暫態(tài)電能質(zhì)量問題電能質(zhì)量問題是一個跨學(xué)科的邊沿性課題，也是當(dāng)前及今后相當(dāng)長時間內(nèi)電力部門及其用電部門所面臨的一個極嚴(yán)峻問題。一般而言，電能質(zhì)量問題可以劃分為穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題和暫態(tài)電能質(zhì)量問題。穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題的研究已趨于深入，它是電能質(zhì)量的主要方面

29、，影響范圍廣，程度深，其主要性能指標(biāo)是：電網(wǎng)頻率、電壓偏差、不平衡度、諧波、電壓閃變，目前，IEC及我國均有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)（國內(nèi)為GB標(biāo)準(zhǔn)），此方面的檢測設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)、專業(yè)性的分析仿真軟件、工程治理手段均較成熟，而且越來越被大家所熟知和接受。暫態(tài)電能質(zhì)量問題的研究起步較晚，國內(nèi)剛剛有所認(rèn)識，它屬于穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題的延伸，影響范圍小，但后果卻比較嚴(yán)重；暫態(tài)電能質(zhì)量問題其實(shí)質(zhì)就是暫態(tài)電壓質(zhì)量問題，或者電網(wǎng)遭受外來干擾侵襲及內(nèi)部故障、操作所帶來的系統(tǒng)沖擊問題，其主要性能指標(biāo)是：電壓脈沖、浪涌、電壓跌落及瞬時電壓中斷，目前國際國內(nèi)還沒有此方面的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但一般采用其指標(biāo)參數(shù)的幅值和持續(xù)時間來描述（有時考

30、慮其上升下降率、發(fā)生頻度等）。目前，在所有暫態(tài)電能質(zhì)量問題中，電壓跌落的影響最為普遍。     暫態(tài)電能質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜，發(fā)生的頻度較為偶然，它主要是系統(tǒng)遭受外來干擾、或內(nèi)部故障、或正常操作情況下發(fā)生，而且與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)聯(lián)系強(qiáng)度、感覺設(shè)備（敏感負(fù)荷）的用電特性等因素有關(guān)；相同的干擾在不同的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及聯(lián)系強(qiáng)度下產(chǎn)生的效果指標(biāo)參數(shù)不同，相同的干擾在相同的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及聯(lián)系強(qiáng)度下對不同的響應(yīng)源（敏感負(fù)荷）所感受的程度及產(chǎn)生的效果也不相同。一般來說，擾動能量的傳遞遵循由高電壓等級損失較小地向低電壓等級傳輸，同時在同電壓等級之間根據(jù)聯(lián)系緊密程度也

31、進(jìn)行傳輸。引起暫態(tài)電能質(zhì)量問題的主要原因可歸結(jié)為以下幾個方面：     1、電力系統(tǒng)短路故障     這是最普遍、最明顯直觀的干擾因素。電力系統(tǒng)的短路故障總是伴隨著瞬間的電壓跌落、中斷，這種擾動傳播的強(qiáng)度與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及電器參數(shù)存在密切的關(guān)系。另外，這種擾動同樣能夠由低電壓等級向高電壓等級傳播，只不過范圍及強(qiáng)度較弱而已。短路干擾產(chǎn)生的跌落幅值可通過理論計算或數(shù)字模擬或動態(tài)模擬獲取，其手段可根據(jù)具體情況選擇，例如成熟的短路計算、MATPOWER(開放式專業(yè)化的計算仿真工具)，國內(nèi)也具有相當(dāng)水平的動態(tài)模

32、擬實(shí)驗站（電科院、西高所）對實(shí)際電網(wǎng)進(jìn)行模擬操作。這種干擾所持續(xù)的時間與系統(tǒng)的保護(hù)設(shè)置及保護(hù)設(shè)備、開關(guān)設(shè)備的固有動作時間有關(guān)。一般短路故障從發(fā)生到切除基本持續(xù)5個周波左右。另外，重合閘設(shè)備的動作使得這種擾動更加復(fù)雜，需認(rèn)真對待分析。     2、閃絡(luò)或線路對地放電     雷擊引起絕緣子閃絡(luò)、陰雨季節(jié)（春秋季）或鳥糞引起絕緣子污閃、或者其他形式的線路對地放電是造成電壓跌落和供電中斷的一個較普遍、發(fā)生幾率較大的因素，帶有一定的天災(zāi)人禍性質(zhì)。據(jù)有些文獻(xiàn)報道，其持續(xù)時間一般超過5個周波，造成的跌落幅值

33、比較難以計算，與當(dāng)?shù)貧夂?、電網(wǎng)電容性設(shè)備的材料結(jié)構(gòu)外形以及污閃面積等因素有關(guān)。     3、電力系統(tǒng)正常的開關(guān)操作     電力系統(tǒng)正常的斷路器投切一般伴隨著瞬間的電壓跌落，但幅度一般不大。但如果合閘較大負(fù)荷，往往產(chǎn)生不可忽視的電壓跌落。因此負(fù)荷的分配要比較均勻，負(fù)荷的投入可逐級進(jìn)行。     4、儲能性電器設(shè)備的正常操作     5、一些典型的沖擊性負(fù)荷的生產(chǎn)過程，主要包括： 

34、0;   1）交（直）流煉鋼電弧爐（在同電壓等級供電母線）     2）軋機(jī)、提升機(jī)、絞車     3）電動機(jī)的啟動（特別大容量、高頻度啟動的電機(jī)）     4）電焊設(shè)備     上面說過，暫態(tài)電能質(zhì)量問題特別是電壓跌落、短時中斷指標(biāo)的評判是根據(jù)其跌落中斷幅值及其持續(xù)時間來衡量的。但是這一幅值與持續(xù)時間很難有統(tǒng)一的指標(biāo)規(guī)范，只能根據(jù)不同敏感負(fù)荷的生產(chǎn)過程及生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行

35、確定。例如有的文獻(xiàn)認(rèn)為電壓幅值標(biāo)么值在0.10.9之間，持續(xù)時間在半個周波到1min的低電壓為電壓跌落；有的文獻(xiàn)認(rèn)為電壓幅值低于0.1標(biāo)么值或大于0.5個周波的供電中斷屬于短時供電中斷；ITIC曲線的初衷是基于大型計算機(jī)對電能質(zhì)量的要求而制定的；浦東新區(qū)上海索廣映像有限公司（生產(chǎn)等離子電視機(jī)）顯像管生產(chǎn)線中PLC的電壓要求不低于85額定電壓持續(xù)0.01s；英特爾中國有限公司（芯片封裝廠）對電源提出零停電要求，電壓降不低于87額定電壓持續(xù)時間0.12s；華虹NEC（芯片生產(chǎn)廠）同樣提出零停電要求，電壓不低于90額定電壓持續(xù)時間0.01s。因此，只能根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分析，并確定最佳經(jīng)濟(jì)性的解決

36、方案，不能盲目性地套用某些標(biāo)準(zhǔn)，否則要么達(dá)不到技術(shù)要求，要么多花費(fèi)資金。暫態(tài)電能質(zhì)量問題對于傳統(tǒng)性工業(yè)及一般性負(fù)荷影響不大,它主要影響電子類設(shè)備的正常工作，或者影響由新型電子類設(shè)備所控制的傳統(tǒng)工業(yè)過程。用戶設(shè)備對暫態(tài)電能質(zhì)量問題特別是電壓跌落、中斷的敏感程度視其用電特性的不同各異。2、電力系統(tǒng)高次諧波分析隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新型用電設(shè)備越來越多地問世和使用，高次諧波的影響越來越嚴(yán)重。電力系統(tǒng)受到諧波污染后，輕則影響系統(tǒng)的運(yùn)行效率，重則損壞設(shè)備以至危害電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。以前，電力系統(tǒng)考核電能質(zhì)量的主要指標(biāo)是電壓的幅值和頻率，現(xiàn)在世界各國都把電網(wǎng)電壓正諧波形畸變率極限值作為電能質(zhì)量考

37、核指標(biāo)之一，正確認(rèn)識諧波已成為電力工作者的重要任務(wù)之一。因此，研究和分析諧波產(chǎn)生的原因、危害和抑制諧波的措施具有重要的實(shí)際意義。1諧波產(chǎn)生的原因在供電系統(tǒng)中諧波的發(fā)生主要是由兩大因素造成的：（1）可控硅整流裝置和調(diào)壓裝置等的廣泛使用，晶閘管在大量家用電器中的普通采用以及各種非線性負(fù)荷的增加導(dǎo)致波形畸變。（2）設(shè)備設(shè)計思想的改變。過去傾向于采用在額定情況以下工作或裕量較大的設(shè)計?，F(xiàn)在為了競爭，對電工設(shè)備傾向于采用在臨界情況下的設(shè)計。例如有些設(shè)計為了節(jié)省材料使磁性材料工作在磁化曲線的深飽和區(qū)段，而在這些區(qū)段內(nèi)運(yùn)行會導(dǎo)致激磁材料波形嚴(yán)重畸變。圖1為三相六脈動整流裝置原理接線圖，此時交流側(cè)電流的傅里葉

38、級數(shù)展開式為：可見交流側(cè)電流含有諧波，諧波次數(shù)為（6K±1）次，各次諧波含有率為1/n.諧波對電力系統(tǒng)的危害諧波對電力系統(tǒng)的污染日益嚴(yán)重，諧波源的注入使電網(wǎng)諧波電流、諧波電壓增加，其危害波及全網(wǎng)，對各種電氣設(shè)備都有不同程度的影響和危害?，F(xiàn)將對具體設(shè)備的危害分析如下：更多資料在資料搜索網(wǎng)( ) 海量資料下載（1）交流發(fā)電機(jī)。同步電動機(jī)及感應(yīng)電動機(jī)在定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生附加熱損耗，熱損耗除諧波電流銅損I2nR以外，還由于電流的集膚效應(yīng)，產(chǎn)生附加損耗，對轉(zhuǎn)子引起熱損耗增大。對大型汽輪發(fā)電機(jī)來說，若發(fā)生多次諧波振蕩，諧波電流超過額定電流的25時，由于上述原因可能會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子局部過熱而損壞。對

39、變壓器來說，鐵芯產(chǎn)生熱損耗，尤其是渦流損耗大，在變壓器繞組中有諧波電流，在鐵芯中感應(yīng)磁通，產(chǎn)生鐵損。（2）架空線路諧波電流產(chǎn)生熱損，較大的高次諧波電流分量能顯著地延緩潛供電流的熄滅，導(dǎo)致單相重合閘失敗。電纜中的諧波電流會產(chǎn)生熱損，使電纜介損、溫升增大。（3）電力電容器由于諧波電流會引起附加絕緣介質(zhì)損耗，加快電力電容器絕緣老化。系統(tǒng)諧波電壓或電流發(fā)生諧振則引起過電壓和過電流，對電氣設(shè)備絕緣損壞，引起噪音與振動。（4）電子計算機(jī)會由于諧波干擾發(fā)生失真；工業(yè)電子設(shè)備功能會因其被破壞。（5）對繼電保護(hù)、自動控制裝置和計算機(jī)產(chǎn)生干擾和造成誤動作，造成電能計量的誤差。（6）諧波電流在高壓架空線路上的流動除