電力系統(tǒng)諧波的基本概念課件

1、第4章 電力系統(tǒng)諧波緒 論1.理想電力系統(tǒng)電能形態(tài)（輸送功率）的特點(diǎn)最高效率模式最佳電能形態(tài)單一頻率(工頻50Hz、60Hz）單一波形（正余弦函數(shù)sin，cos）若干電壓等級(jí)（高、中、低壓等）2. 現(xiàn)代電力系統(tǒng)的負(fù)荷類型逐漸非線性化，非線性負(fù)荷已占有很大比例很難保證純正弦波形非線性設(shè)備產(chǎn)生諧波干擾諧波畸變污染電氣環(huán)境3. 現(xiàn)代電力系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)功率處理與控制的能力現(xiàn)代電力系統(tǒng)對(duì)電能形態(tài)提出了新的要求：一、以適合于用電負(fù)荷需要的最佳電能形態(tài)提供電力，滿足用戶對(duì)不同頻率、電壓、電流、波形及相數(shù)的要求，順應(yīng)生產(chǎn)與產(chǎn)品多樣性、個(gè)性化、高效益的發(fā)展趨勢(shì)。二、現(xiàn)代電力系統(tǒng)正試圖將其快速、實(shí)時(shí)與靈活可控應(yīng)用于電網(wǎng)

2、的電能輸送與分配，達(dá)到可靠穩(wěn)定，高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。三、FACTS技術(shù)與傳統(tǒng)電力技術(shù)。FACTS分類框圖 大功率器件制造水平迅速提高，大容量電力電子技術(shù)應(yīng)用日益廣泛6 kV ,6 kA GTO全控器件（IGBT）已應(yīng)用于200MW HVDC 電壓和電流波形嚴(yán)重畸變問題日益突出，電力諧波及其危害已成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)的一大重要問題。4.諧波研究現(xiàn)狀電力系統(tǒng)波形畸變問題早在1935年就已被一些德國專家 (Rissik.H等)所關(guān)注，并有相應(yīng)的論著發(fā)表。1945年有了諧波的經(jīng)典論文 (付氏分析做為諧波計(jì)算的基礎(chǔ))。70年代初，美國的Kimbark教授從HVDC的研究出，理論性、權(quán)威性地分析了電力系統(tǒng)諧波

3、問題。IEEE也從電力系統(tǒng)諧波工作組報(bào)告為始，正式將其列為專門學(xué)術(shù)問題，有組織地加以研究，并且于八十年代（86）開始每2年召開一次世界性會(huì)議并出版論文集。1985年，國際上第一本由新西蘭著名教授J.ARRILAGA等合寫的“電力系統(tǒng)諧波”專著出版，較詳細(xì)、系統(tǒng)地闡述了這方面的知識(shí)。國際研究現(xiàn)狀國內(nèi)諧波研究現(xiàn)狀1988年，我國電力專家和教授吳競(jìng)昌等編著 “電力系統(tǒng)諧波”。后改寫為“供電系統(tǒng)諧波”。1993年我國國家技術(shù)監(jiān)督局正式頒布了“電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波”國家標(biāo)準(zhǔn)。2008年該標(biāo)準(zhǔn)開始重新修訂。夏道止等1994年出版的高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波分析及濾波是近年出版的代表性著作。2008年歐盟亞洲電

4、能質(zhì)量中國合作組成立，開展對(duì)國內(nèi)諧波等電能質(zhì)量問題的案例分析和國家標(biāo)準(zhǔn)的宣貫工作。20072008年我國電力與鐵路合作開展了電鐵諧波和負(fù)序關(guān)鍵問題研究，投資2170萬元。近日開始項(xiàng)目驗(yàn)收工作。近幾年，西安交通大學(xué)王兆安等人也從事電力系統(tǒng)諧波抑制的研究，主要是有源電力濾波器的研究等。5 諧波研究的意義治理環(huán)境污染、維護(hù)綠色環(huán)境“綠色電力電子” ，無諧波 對(duì)電力電子技術(shù)自身發(fā)展諧波危害十分嚴(yán)重6諧波問題的主要內(nèi)容諧波功率定義和功率理論諧波分析諧波影響和危害諧波的補(bǔ)償和抑制；諧波測(cè)量限制諧波標(biāo)準(zhǔn)4 電力系統(tǒng)諧波的主要內(nèi)容4.1電力系統(tǒng)諧波的基本概念4.2電力系統(tǒng)非正弦波形的分析方法4.3電力系統(tǒng)諧波

5、的來源4.4 電力系統(tǒng)諧波潮流計(jì)算4.5 電力系統(tǒng)諧波測(cè)量技術(shù)4.6 諧波對(duì)電網(wǎng)的影響和危害4.7 電力系統(tǒng)諧波的抑制4.8 交流濾波裝置4.1電力系統(tǒng)諧波的基本概念基波 是指一個(gè)周期電氣量 的正弦波分量，其頻率為工頻，50Hz 或60Hz諧波（harmonics）是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍 一、諧波的定義間諧波：頻率不是工頻的整數(shù)倍的諧波分量，即介于工頻諧波之間的傅立葉頻譜分量。主要來源于靜態(tài)變頻器、換流器、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)和電弧爐等，其允許的總畸變系數(shù)應(yīng)小于整數(shù)諧波,其試驗(yàn)方法與諧波的試驗(yàn)方法相同。次諧波：頻率低于基波頻率的分量。分?jǐn)?shù)諧波：頻率非基波頻率整數(shù)倍

6、的分量。次諧波和分?jǐn)?shù)諧波對(duì)基波產(chǎn)生調(diào)幅并影響電視。1、諧波次數(shù)n必須為正整數(shù) 工頻50Hz 基波為50Hz 2次諧波為100Hz 3次諧波為150Hz 5次諧波為250Hz二、諧波的性質(zhì)2、諧波和暫態(tài)現(xiàn)象諧波現(xiàn)象就是在每一周內(nèi)電壓或電流波形保持不變。暫態(tài)現(xiàn)象是指每周期的波形都隨時(shí)間變化而變化。 二、諧波的性質(zhì)圖4-2 波形畸變陷波畸變偏差百分值：不屬于諧波范疇。暫態(tài)現(xiàn)象和諧波的區(qū)別計(jì)算電壓（或電流）畸變率時(shí)，采用諧波電壓（或電流）的平均有效值或平均總畸變率，其時(shí)間區(qū)段 取3s，即取3s中的測(cè)量或計(jì)算的平均有效值或平均值 3.短時(shí)間諧波和暫態(tài)現(xiàn)象中的諧波分量 晶閘管控制的軋鋼機(jī)等設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生的

7、短時(shí)間突發(fā)電流脈沖，這種突發(fā)的脈沖包含著暫態(tài)分量和諧波分量。變壓器空載合閘的勵(lì)磁涌流，按周期函數(shù)分解，將包含短時(shí)間的諧波和間諧波電流，稱為短時(shí)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。二、諧波的性質(zhì)（1）電力系統(tǒng)本身存在著周期性的非正弦獨(dú)立電源。如有下面電流源（2）工頻電壓或電流作用于非線性負(fù)載。 如有一工頻電壓 三、補(bǔ)充： 高次諧波的產(chǎn)生（3）電力系統(tǒng)中存在時(shí)變負(fù)載，如有一電導(dǎo)，其電氣特性為： 1、非正弦波形的有效值四、非正弦波形的有效值和畸變率有效值的定義傅立葉級(jí)數(shù)分解代入由此可見，非正弦周期性電流的方均根值，等于其各次諧波電流方均根值的平方和的平方根值。2、非正弦波形的峰值基波的峰值和有效值各次諧波的峰值和有效值非正弦波形的峰值和有效值非正弦波形的周期函數(shù)，它的峰值和其方均根值之間卻不存在的1.414比例關(guān)系（a）三次諧波初相角與基波相同