毕业论文设计电力系统谐波分析及抑制技术的研究.docx

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毕业论文设计电力系统谐波分析及抑制技术的研究

毕业论文设计-电力系统谐波分析及抑制技术的研究

编号　　　　　　

毕　业　设　计　

设计题目：

　　电力系统谐波分析及抑制技术的研究　　　　　　　　　　　　　　　　　

姓　　名　　　　罗卫　　　　　　

专业名称　电力系统及其自动化　　

班　　级09电自3班　　　

指导老师姓名：

（姓名）　　钟庭剑　　　　　　

（单位）　　江西电力职业技术学院　　　

报告准备日期　7>2013年1月――2013年5月　　　　　

提交日期：

　2013年5月　　　　

答辩日期：

　2013年5月　　　　　　　　

答辩委员会主席：

评　　阅　　人：

2013年五月

内容摘要

随着电子技术的迅猛发展和电力电子装备的广泛应用，人们对电能的使用及电能的质量提出更高的要求。

本文根据对龙海电网的简介了解电力系统谐波的危害，以及对鹰潭纸业电力电子装置谐波治理进行分析和总结.利用无源滤波器的基本原理、系统构成和主电路形式的原理，以及各种类型无源电力滤波器的基本构成和优缺点。

指出了其相应的谐波管理原则和综合治理方法，并对实际谐波治理工作进行总结。

关键词：

电力电子；谐波；危害

1引言………………………………………………………………………………1

1.1绪论…………………………………………………………………………1

1.2谐波的基本概念……………………………………………………………2

1.3谐波的产生及其危害………………………………………………………3

1.4鹰潭市电网谐波情况………………………………………………………8

2谐波抑制技术……………………………………………………………………12

2.1降低谐波源的谐波含量……………………………………………………12

2.2无源滤波器…………………………………………………………………13

2.3有源滤波器…………………………………………………………………16

2.4防止并联电容组对谐波的放大……………………………………………17

2.5加装静止无功补偿装置……………………………………………………19

3鹰潭市纸业谐波抑制治理案例……………………………………………20

3.1基本情况……………………………………………………………………20

3.2谐波分析……………………………………………………………………21

3.3谐波治理方案………………………………………………………………21

3.4无源滤波器的设计…………………………………………………………22

3.5设计参数值的计算及校验…………………………………………………24

4结论………………………………………………………………………………26

参考文献……………………………………………………………………………27

致谢…………………………………………………………………………………28

1.引言

在电力系统中采用电力电子装置可灵活方便地变换电路形态，为用户提供高效使用电能的手段。

但是，电力电子装置的广泛应用也使电网的谐波污染问题日趋严重，影响了供电质量。

目前谐波与电磁干扰、力系统功率因数降低已并列为电的三大公害。

电力系统的波形畸变（谐波）给电网、电能用户及其周边电磁环境带来了严重的危害。

谐波已成为国内外电力工作者和用户普遍关注的问题。

1.1绪论

电能质量

电能既是一种经济、实用、清洁、容易控制和转换能源形态，又是电力部门向电力用户提供发、供、用三方共同保证质量的一种特殊产品。

如今，电能作为走进市场的商品，与其它商品一样，无疑也应讲求质量。

电力系统供电的电能质量是电力工业产品的重要指标，涉及发、供、用三方权益。

优良的电能质量保证电网和广大用户的电气设备和用电设备安全、经济运行。

现代社会中，电能作为一种广泛使用的能源，其应用程度成为一个国家发展水平的主要标志之一。

随着科学技术和国民经济的发展，对电能的需求量日益增加，同时对电能质量的要求也越来越高。

电能质量问题的提出由来已久，衡量电能质量的指标也是随着电力系统的发展而备受关注阵l删。

在电力系统的发展早期，电力负荷的组成比较简单，主要由同步电动机、异步电动机和各种照明设备等线性负荷组成，衡量电能质量的指标主要有：

频率偏移和电压偏移两种。

20世纪80年代以来，随着电力电子技术的发展，非线性电力电子器件和装置在现代工业中得到广泛应用，不少用户对电能的利用都要经过电力电子装置的转换和控制，这些装置给人们生产和生活带来方便和效率的同时，使电力系统的非线性负荷明显增加.

1.2谐波的基本概念

电力系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量尔为谐波。

电力系统中的正弦电流由电网从发电厂、输配电线路和变压器传送，作用于非线性元件时，就会产生不同于工频的其它频率的正弦电压或电流，这些不同于工频频率的正弦电压或电流，称为电力谐波。

电力系统中的非线性元件主要是换流和整流设备、变频设备、中频感应炉、电弧炉、轧钢机、电解槽和电解化工设备、大容量电弧焊机等负载。

谐波产生谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。

当电流流经非线性负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。

其中谐波源大多是非线性元件，工作波形为非正弦波，有的用电设备是切割正弦波进行工作的，如可控硅整流设备等；有的是将直流电源变换成方波工作，如变频器等。

这些设备与电力系统发生关系时，都能使电力系统的基波产生畸变。

而非线性阻抗设备常利用感抗涡流工作或利用容性电离做功，如中频感应炉、电弧炉等，这些用电设备在运行时可使电流产生大幅度的浪涌、尖脉冲，造成电力系统的基波产生畸变，形成电能污染。

单相桥式整流电路输入波形图

单相桥式整流电路，当在阻感负载且串联电感L，且

忽略换相过程和电流脉动，在阻感负载且串联电感L足够大时电流i2的波形见下图1-1

图1-1i2波形图

其中：

n1，3，5…

由变压器二次侧电流谐波分析可知：

电流中仅含奇次谐波。

各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。

基波电流有效值为：

，i2的有效值IId，

结合上式可得基波因数为：

电流基波与电压的相位差就等于控制角，故位移因数为

所以，功率因数为：

.2三相桥式全控整流电路

三相桥式整流电路

由变压器二次侧电流谐波分析可知：

电流中含有奇次谐波。

以30为例，在阻感负载时，忽略换相过程和电流脉动，且直流电感L为足够大。

此时，电流为正负半周各120的方波，如下图1-2所示，其有效值与直流电流的关系为：

图1-2输出波形图

带阻感负载a30时的波形

由变压器二次侧电流谐波分析可知，电流基波和各次谐波有效值分别为：

电流中仅含6k1（k为正整数）次谐波。

各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。

基波因数：

，位移因数仍为：

功率因数为：

通过非线性元件装置的整流使得设备吸收的电流与施加的电压波形不同，电流因而发生了畸变，因此产生了谐波。

谐波的危害

对于电力系统来说，电力谐波的危害主要表现以下几个方面：

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。

由于谐波电流的频率为基波频率的整数倍，高频电流流过导体时，因集肤效应的作用，使导体对谐波电流的有效电阻增加，从而增加了设备的功率损耗、电能损耗，使导体的发热严重。

增加输电线路的功耗。

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，对输电线路会造成绝缘击穿。

由于谐波次数高频率上升，再加之电缆导体截面积越大集肤效应越明显，从而导致导体的交流电阻增大，使得电缆允许通过的电流减小。

对变压器的危害。

谐波会大大增加变压器的铜损和铁损，降低变压器有效出力。

特别是3次及倍数次谐波对三角形连接的变压器，会在其绕组中形成环流，使绕组过热；对全星形连接的变压器，当绕组中性点接地，而该侧电网中分布较大或者装有中性点接地的并联电容器时，可形成3次谐波谐振，使变压器附加损耗增加。

对电容器的危害。

含有电力谐波的电压加在电容器两端时，由于电容器对谐波阻抗很小，谐波电流叠加在电容器的基波上，使电容器电流变大，温度升高，寿命缩短，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造成谐波谐振，使故障加剧。

对用电设备的危害。

电力谐波会使电视机、计算机的图形畸变，并使机内元件温度出现过热，使计算机及数据处理系统出现错误，严重甚至损害机器。

和变压器中的道理一样，谐波畸变会加大电动机中的损耗。

使电动机的力矩下降，造成电机的振动而降低电机寿命。

影响电网的质量。

电力系统中的谐波使电网的电压与电流波形发生畸变，从而降低电网电压，浪费电网的容量。

市电网谐波源的分布主要集中在行业，遍布分散的中小谐波源用户较多，多数不采取任何治理措施直接接入电网，使得我市成为谐波污染严重的地区谐波源主要集中在

谐波污染的主要计算方法。

1993年频发的国家标准GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》中规定，谐波含量（电压或电流）是指从周期性交流量中减去基波分量后所得的量。

谐波含有率是指周期性交流量中含有的第h次谐波分量的方均根值与基波分量的方均根值之比（用百分数表示），总谐波畸变率是指周期性交流量中的谐波含量的方均根值与基波分量的方均根值之比（用百分数表示）。

谐波电压含量UH：

U谐波电流含量IH：

I电压总谐波畸变率THDU：

x100%电流总谐波畸变率THDi：

x100%110kV变电所、35kV变电所的10kV母线电压各次谐波含有率、电压总谐波畸变率不应超过公用电网谐波电压（相电压）限值，公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量（方均根值）不应超过规定的允许值。

经过对全市110kV变电所、35kV变电所的10kV母线进行谐波测试，10kV母线电压总谐波畸变率均超标

对电网的危害

1：

谐波对并联电容器的影响是最显著的。

一方面由于电容器阻抗和频率成反比的特性，谐波的存在会造成电容器电流值的急剧增大，引起电容开关、熔丝等保护装置经常动作，根本无法正常运行。

另一方面，由于电容器独特的容性阻抗特性，容易和电网中大部分都是感性阻抗的电气设备配合而构成谐振和谐波电流（谐波电压）成倍地放大，导致电容器寿命的明显缩短及系统、电容支路谐波在原有基础上的放大。

若构成并联谐振，严重的谐波过电压及过电流将导致电气设备的损坏，危及系统安全。

谐波对电力变压器的影响。

变压器本身既是谐波源，又是传送其他谐波源所产生谐波的中间环节，谐波电流的涡流损耗会引起变压器的附加损耗和附加发热，谐波电压引起的附加损耗（铁心的谐频磁滞损耗和涡流损耗），会影响绝缘的局部放电和介损增大，受到较大的谐波电流或电压时会导致损坏（其中包括谐波过电压使绝缘击穿），谐波还会使变压器噪声增大。

谐波对电力电缆的影响。

由于电缆的分布电容可使谐波放大，因此谐波对电缆有较大的影响，会造成介损和温升的增大，使电缆的绝缘水平下降及损坏率增高。

谐波对继电保护和自动装置的影响。

谐波的严重超标容易引起继电保护和自动装置误动和拒动，使微机保护动作频繁。

谐波对网损的影响。

谐波功率和谐波电能是有害无益的，谐波在电力系统和用户电气设备上都要造成附加损耗，谐波功率本身可以说完全是损耗，从而造成网损的增大。

在电力系统中对谐波的抑制就是如何减少或消除注入系统的谐波电流，以便把谐波电压控制在限定值之内，抑制谐波电流主要有三方面的措施：

也就是在谐波源上采取措施，最大限度地避免谐波的产生。

这种方法比较积极，能够提高电网质量，可大大节省因消除谐波影响而支出的费用。

具体方法有：

增加整流