电力系统谐波产生原理及治理技术研究Word文档下载推荐.docx

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河南理工大学万方科技学院本科毕业论文

Abstract

Withtherapiddevelopmentofindustrialproductionandthepowerelectronictechnology,electricaldevicesandthepowerelectronictransformationequipmentaregrowingpopularityintheareaofsteel,metallurgy,oilandchemicalindustries.Frequencydevices,rectifierdevices,whicharenon-linearloads,accesstothepowergridintoalotofpowerharmonics.Powerharmonicinterferencehascausedabnormalelectricalequipmentandincidents,havingagrowthtrendyearafteryear,whichisbecomingaharmofpowersystemandothersafetyoperationoftheelectricityload"

powerpollution”.

Firstofall，thepaperintroducesthepurposeand

significanceofthepowersystemharmonics,thehistoryofinhibitingthedevelopmentofthepowersystemharmonics,currentsituationandtrendsofit,andtheneedforharmonicgovernance.Thenitillustratesthebasicconceptsofpowersystemharmonics,thecauseofharmonicanditsmajorhazards，thetraditionalmethodsandcurrenttrendsof

harmonicmanagement.Andthenitanalysistheadvantagesanddisadvantagesofthemainmethodsandapplyoccasionsagainstthegovernanceofthepowersystemharmonic.

Keywords:

powersystems;

harmonicgovernance;

project

options;

passivefilter

1

目 录

1绪论 1

1.1电力系统谐波研究的目的和意义 1

1.1.1电力系统的谐波污染问题 1

1.1.2抑制电力系统谐波研究的目的和意义 2

1.2抑制电力系统谐波的发展历史、现状及趋势 3

1.2.1抑制电力系统谐波的国外发展历史及研究现状 3

1.2.2抑制电力系统谐波的国内研究状况 3

1.3谐波治理的必要性 4

1.3.1国家规定的要求 4

1.3.2提高经济效益的必要 5

1.4本课题的研究目的及意义 6

1.4.1研究目的 6

1.4.2研究意义 6

2电力系统谐波分析 7

2.1谐波的概念 7

2.2谐波的产生 7

2.3谐波的危害 8

2.3.1谐波对并联电容器组的影响十分显著 9

2.3.2谐波对输电线路、特别是对电力电缆线路造成的危害 9

2.3.3谐波对电机造成的危害 9

2.3.4谐波对电力变压器造成的危害 10

2.3.5谐波将导致某些保护和自动装置误动或拒动 11

2.3.6谐波对电能计量的影响 11

2.3.7谐波对电网中其它电气设备的影响 11

2.3.8对其它用户设备的影响 13

2.4小结 13

3谐波治理方案 15

3.1谐波治理措施概述 15

3.1.1主动型谐波抑制方法 15

3.1.2被动型谐波抑制方法 16

3.2无源电力滤波器 17

3.2.1单调谐滤波器 18

3.2.2双调谐滤波器和C滤波器 20

3.2.3高通滤波器 20

3.3有源电力滤波器的工作原理、结构和特性 23

3.3.1有源电力滤波器的工作原理 23

3.3.2有源电力滤波器的主电路结构 25

3.3.3有源电力滤波器的特性 32

3.4小结 34

4结论与展望 35

致谢 37

参考文献 38

1绪论

1.1电力系统谐波研究的目的和意义

1.1.1电力系统的谐波污染问题

随着社会经济与科学技术的不断进步与发展，工业、农业和人们的生活水平不断提高，电气化生产、电气化社会、电气化家庭日益成为现代生产技术与装备以及日常生活的主流。

现代社会从大型工业生产到日常生活都越来越离不开电力供应，除了需要电能成倍增长外，越来越多的用户和用电设备对供电电网质量、取用的电能形态和功率流动的控制与处理提出了更新、更高的要求。

80年代以来，伴随着半导体制造技术、计算机技术和自动化技术的迅猛发展，开关器件功率处理和切换速度的显著提高，以及现代制造技术规模的不断扩大，电力电子装置的工业市场和应用领域正在逐年增大。

在现代工业生产系统中，复杂的计算机网络系统、精密化的测控仪器、可编程控制系统、变频器以及电力电子转换装置等用电设备与电力设备使用的急剧增加，一方面使得系统的自动化程度不断地提高，系统的可靠性逐步改善，另一方面又由于整流装置、变频器等电力电子变换装置的大量使用，大大增加了电力系统中的非线性负荷，导致电网中存在大量谐波电流，电网电压波形产生畸变，大大恶化了电力系统的电能质量，导致电气设备异常和事故，给电力系统带来了极大的危害，影响

了用电设备安全经济地运行，严重干扰了计算机、通信等系统正常运行。

例如：

现代工业生产中的大型生产线、飞机场、大型金融商厦、大型医院等重要场合的计算机、生产设备与控制器件一旦失电，或由于受到电力网上电力谐波干扰而无法正常工作，则会导致重大事件和巨大的

经济损失；

同时，人们日用的电视机、空调、电梯等常用电器，一旦由于低电力质量的影响而不能正常运做，将会给人们的生活带来极大的影响。

电力谐波已成为电力系统的一大公害，严重威胁着电力系统和用电设备的正常运行。

谐波污染的日益严重已经给供电部门和用电部门的电气设备带来不同程度的危害，对谐波污染进行治理关系到用电部门的切身利益，谐波治理已到了不容忽视的地步。

为了保证电网的供电质量和安全运行，必须深入研究电力谐波抑制和补偿技术，采取有效措施加强电力系统谐波治理，努力提高电力电网质量。

1.1.2抑制电力系统谐波研究的目的和意义

谐波及其抑制技术的研究是涉及电力电子技术、电力系统、电气自动化技术、理论电工等领域的重大课题。

近几年来由于谐波问题已引起了多起民用建筑的火灾事故，电力系统中由于谐波所引起的事故（如引起谐振，造成电容器烧毁等）也越来越多。

因此，正像对待大气和水资源环境的污染问题一样，如果不对电网环境的谐波污染问题及早进行必要的科研投入，必将在事态比较严重的时候处于十分被动的地位。

更何况抑制谐波本身具有十分明显的节能降耗效益，而且电力电子装置谐波问题的解决也必将极大地促进电力电子这种高效使用能源的技术在所有涉及电能的场合全面推广和普及。

这对于提高我国产业竞争力、实现低消耗可持续发展的战略具有非常积极的意义。

谐波研究的意义更可以上升到治理环境污染、维护绿色环境的角度来认识。

对电力系统这个环境来说，其“绿色”的标志主要就是“无谐波”。

目前，国际上公认谐波“污染”是电网的一个比较严重的公害，因此解决此问题是刻不容缓的。

1.2抑制电力系统谐波的发展历史、现状及趋势

1.2.1抑制电力系统谐波的国外发展历史及研究现状

采用电力滤波装置就近吸收谐波源所产生的谐波电流，是抑制谐波污染的有效措施。

由电力电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的LC无源滤波器（passivefilter,PF）是传统的抑制谐波和补偿无功的主要手段，无源滤波器具有结构简单、投资成本低、技术成熟、运行可靠及维护方便等优点，是目前采用得较为广泛的谐波和无功抑制手段。

现在，谐波抑制的主要趋势是采用有源电力滤波器（activepowerfilter,APF）。

有源电力滤波器也是一种电力电子装置。

其基本原理是从治理对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。

这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，因而受到广泛的重视。

有源电力滤波器的基本思想在六七十年代就己经形成。

八十年代以来，由于中功率全控型半导体器件的成熟，脉冲宽度调制（pulsewidthmodulation,PWM）控制技术的进步，以及

基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测方法的提出，有源电力滤波器才得以迅速发展。

有源电力滤波器变流电路可分为电压型和电流型，目前实际应用的装置中，90%以上是电压型。

从与补偿对象的连接方式来看，又可分为并联型和串联型，目前运行的装置几乎都是并联型。

1.2.2抑制电力系统谐波的国内研究状况

我国对谐波问题的研究起步较晚，吴竞昌等人1988年出版的《电力系统谐波》一书是我国有关谐波问题较有影响的著作。

夏道止等

1994年出版的《高直流输电系统的谐波分析及滤波》是近年出版的代

表性著作。

此外，唐统一等人和容健纲等人分别独立翻译了

J.Arrillaga等的《电力系统谐波》一书，也在国内有较大的影响。

在有源电力滤波器方面，我国的研究同样起步较晚，直到1989年

才见到这方面研究的文章,1993年才见到试验性的工业应用实验,国内研究基本处在理论及实验室阶段。

近几年进行这方面研究的单位在逐渐增加，主要集中在一些高等院校和少数研究机构。

从发表的文章看，以理论研究和实验为主，这些研究有的已达到或接近国际先进水平。

西安交通大学的王兆安等人，对谐波及无功电流的实时检测方法进行了一定的研究，以瞬时功率理论为基础提出了谐波检测算法，同时还对基于

DSP芯片的单相综合有源电力滤波系统的数字控制系统的实现进行了研究；

清华大学的朱东起等和浙江