電能質(zhì)量分析及控制6章-肖湘寧課件

1、6波形畸變與電力諧波6.1 概述理想電力系統(tǒng)要求：單一頻率，單一波形（正弦），若干電壓等級的電能屬性?，F(xiàn)代電力電子裝置的大量出現(xiàn)，非線性負(fù)荷的使用，供電電源與用電設(shè)備間的非線性接口電路等，都不可避免的產(chǎn)生很強的電流諧波及電磁干擾(EMI)，對電力系統(tǒng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行構(gòu)成潛在的威脅，給周圍電氣環(huán)境帶來極大的污染。負(fù)荷（整流、逆變）、系統(tǒng)（HVDC、SVC等）1993年7月，國家技術(shù)監(jiān)督局正式頒布了(GB/T145491993)電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波本章主要內(nèi)容：波形畸變的基本概念、危害、典型諧波源、諧波放大、標(biāo)準(zhǔn)。2022/10/1416波形畸變與電力諧波6.1 概述2022/10/1116

2、波形畸變與電力諧波6.2 波形畸變的基本概念 非線性負(fù)荷引起電流波形的畸變，一般畸變波形是周期的，屬于諧波范疇。 畸變電流流經(jīng)系統(tǒng)時，在系統(tǒng)阻抗上產(chǎn)生壓降，從而產(chǎn)生電壓畸變。2022/10/1426波形畸變與電力諧波6.2 波形畸變的基本概念2022/106波形畸變與電力諧波一、幾個概念：諧波：基波頻率的整數(shù)倍。間諧波和次諧波：有些用電負(fù)荷會出現(xiàn)非工頻頻率整數(shù)倍的周期性電流的波動，又稱為分?jǐn)?shù)諧波，或稱為間諧波。頻率低于工頻的間諧波又稱為次諧波。諧波和暫態(tài)現(xiàn)象：暫態(tài)和諧波是兩個完全不同的現(xiàn)象，它們的分析方法也是不同的。暫態(tài)過程高頻分量與系統(tǒng)的基波頻率無關(guān)。短時間諧波：對于短時間的沖擊電流（變壓器

3、空載合閘），將包含短時間的諧波和間諧波電流，稱為短時間的諧波電流或快速變化諧波電流，應(yīng)與電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)諧波區(qū)別開來。陷波：換流裝置在換相時，會導(dǎo)致電壓波形出現(xiàn)陷波或稱換相缺口，不屬于諧波范疇。2022/10/1436波形畸變與電力諧波一、幾個概念：2022/10/1136波形畸變與電力諧波二、均方根值和總諧波畸變率均方根值h次諧波電流（電壓）的含有率 電流（電壓）總畸變率 總畸變率描述電流時的局限性 2022/10/1446波形畸變與電力諧波二、均方根值和總諧波畸變率2022/101.諧波初相角對波形的影響 圖6-32.THD的局限性 總需量畸變率TDD2022/10/1451.諧波初相

4、角對波形的影響 圖6-32.THD的局6波形畸變與電力諧波三、非正弦電路的功率和功率因數(shù)1、正弦電壓、電流無功功率物理意義為能量互換的最大規(guī)模，并不消耗電能 2、非正弦電壓、電流僅同頻率的電壓和電流才能構(gòu)成有功功率，不同頻率的電壓和電流不構(gòu)成有功功率 定義無功Qf沒有正弦波情況下能量交換的最大量度等明確的物理意義，某諧波可能出現(xiàn)感性無功功率 ，而另一次諧波可能出現(xiàn)容性無功功率，不同頻率的無功相加本身無意義。2022/10/1466波形畸變與電力諧波三、非正弦電路的功率和功率因數(shù)2022/6波形畸變與電力諧波定義視在功率：定義畸變功率 一般實際情況：電壓畸變小，可考慮成正弦信號，有功率因數(shù) 可見

5、：功率因數(shù)受兩方面影響： 相移功率因數(shù)，即基頻電壓、電流的相位差： 電流的基波分量所占比例，即電流畸變程度：2022/10/1476波形畸變與電力諧波定義視在功率：2022/10/1176波形畸變與電力諧波四、三相電路中的諧波當(dāng)h=3k+1（k=,）時，三相電壓諧波的相序都與基波的相序相同，即1、4、7、10等次諧波都為正序性諧波。當(dāng)h=3k+2時，三相電壓諧波的相序都與基波的相序相反，即、11等次諧波都為負(fù)序性諧波。當(dāng)h=3k+3時，三相電壓諧波的相序都有相同的相位，即、1等次諧波都為零序性諧波。2022/10/1486波形畸變與電力諧波四、三相電路中的諧波2022/10/116波形畸變與電

6、力諧波6.3供用電系統(tǒng)典型諧波源非線性特性的用電設(shè)備是系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的主要原因諧波電流含量基本決定于它本身的特性和工作狀況以及施加給它的電壓，而與電力系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系不大，因此常被看作諧波恒流源。 一、磁飽和裝置鐵芯的非線性化磁化特性引起諧波。各種鐵芯設(shè)備,如變壓器、電抗器、電機等。 2022/10/1496波形畸變與電力諧波6.3供用電系統(tǒng)典型諧波源2022/106波形畸變與電力諧波二、整流裝置AC/DC整流器、DC/AC逆變器以及變頻設(shè)備等。 2022/10/14101.單相全控橋式整流器1）直流側(cè)電感足夠大，電流波形是連續(xù)的交變方波，正負(fù)半周的波形完全相同，幅值相等。諧波含有率1/h。6波

7、形畸變與電力諧波二、整流裝置2022/10/11101.6波形畸變與電力諧波2）直流側(cè)電感量不夠大， 則電流將出現(xiàn)斷續(xù)。3）當(dāng)負(fù)載為蓄電池、 直流電動機等帶有反電動勢負(fù)荷時。 2022/10/14116波形畸變與電力諧波2022/10/11116波形畸變與電力諧波2.三相全控橋式整流器（1）控制角為零時電流為波寬120o的缺口矩形波，缺口寬度為 60o。諧波含有率1/h。電壓、基波電流同相，整流器無功=02022/10/14126波形畸變與電力諧波2.三相全控橋式整流器2022/10/16波形畸變與電力諧波（2）控制角不為零時電流為波寬120o的缺口矩形波，缺口寬度為 60o。諧波含有率1/h

8、?；娏飨辔宦浜箅妷海β室驍?shù)Ih，系統(tǒng)諧波電流放大IchIh，電容器諧波電流放大Ish，IchIh，諧波嚴(yán)重放大6波形畸變與電力諧波6.5諧波諧振與放大2022/10/116波形畸變與電力諧波2022/10/1424為防止出現(xiàn)諧波諧振的可能，常在電容器上配置一定的電抗器，設(shè)分別是以 為基值的系統(tǒng)電抗率和電抗器電抗率 6波形畸變與電力諧波2022/10/1124為防止出現(xiàn)諧波6波形畸變與電力諧波諧振狀態(tài)，并聯(lián)諧振電容器全諧振，串聯(lián)諧振第一臨界狀態(tài)，電容支路呈容性第二臨界狀態(tài)，電容支路呈感性2022/10/14256波形畸變與電力諧波諧振狀態(tài)，并聯(lián)諧振2022/10/1126波形畸變與電力諧波

9、三次諧波問題并聯(lián)電容器后，對三次諧波有放大作用，應(yīng)引起注意電阻性負(fù)荷的作用起阻尼作用，一般線路的電阻可有效抑制諧振的發(fā)生2022/10/14266波形畸變與電力諧波2022/10/11266波形畸變與電力諧波6.7電容器與串聯(lián)電抗器的電壓和電流一、無功功率補償引起的母線電壓升高 Xd、Sd為母線短路阻抗、短路容量。 二、電容器與串聯(lián)電抗器的電壓和電流設(shè)電容器與串聯(lián)電抗器的基波電抗分別為Xc和Xk，母線、電容器和電抗器的基波電壓分別為U1、Uc1和Uk1，電容器的基波電流為I1，有： 2022/10/14276波形畸變與電力諧波6.7電容器與串聯(lián)電抗器的電壓和電流206波形畸變與電力諧波6.7諧波電壓限值與電流允許值1. 不同諧波源的諧波疊加計算采用概率統(tǒng)計分析結(jié)果，如表所示h35711139,13,偶次Kh1.621.280.720.180.0802022/10/14286波形畸變與電力諧波6.7諧波電壓限