二、我国电能质量重要问题电力谐波PPT推荐.ppt

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,但是，作为供电电源与用电设备间的非线性接口电路，在完成（实现）功率控制和处理的同时，所有电力电子装置都不可避免地产生非正弦波形，向电网注入谐波电流，使公共连接点（PCC）的电压波形严重畸变，产生很强的电磁干扰（EMI）。

并且随着功率变换装置容量的不断增大、使用数量的迅速上升和控制方式的多样性等，电力电子装置潜在的负作用会日益突出。

电力谐波及其危害已成为现代电力系统的一大重要问题。

电力系统谐波问题的提出,代表性的研究工作从电力工业发展历史来看，电力系统波形畸变问题早在1935年就已被一些德国专家（Rissik.H等）所关注，并有相应的论著发表。

1945年有了谐波的经典论文（付氏分析做为谐波计算的基础）。

但是其影响与推动远未与实际需求相吻合。

70年代初，美国的Kimbark教授从HVDC的研究出发，理论性、权威性地分析了电力系统谐波问题。

IEEE也从电力系统谐波工作组报告为始，正式将其列为专门学术问题，有组织地加以研究，并且于八十年代（86）开始每2年召开一次世界性会议并出版论文集。

成为一门新兴的跨学科研究方向,由于谐波问题逐渐被人们认识和了解，从其产生的原因，分析计算的方法，危害与影响的机理，测量与仿真标准的制定，综合治理的实施等方面的探索在不断深入，人们发现电力系统谐波做为电工学科的一个分支技术，还广泛渗透和交叉在其它相关学科领域中，是一门新兴的跨学科的尚待加强的重点研究方向，它涉及到：

电力系统及其运行，负荷模型，信号分析与处理，通讯技术，电力电子学，电机学、电磁兼容性以及质量管理和控制等等许多方面。

谐波问题研究方向,谐波研究是电工学科领域的重大课题。

它在电力电子技术、电力系统运行分析中占有十分重要的地位，又是理论电工中一个基础性的课题。

成为电工学科最活跃的研究领域之一。

谐波研究大体可分为4个方向：

非正弦条件下功率定义和功率理论研究谐波源分析及电力系统谐波分析；

谐波抑制和补偿装置研制谐波测量与谐波标准制定,有关谐波问题的若干认识,从世界性的能源和环境角度来认识电力系统谐波研究工作的重要性和必要性近年来，全世界科技界普遍关注着被称为世界性的两大问题，即能源（降损节能、合理开发和应用）,环境（环保意识、环境改善与治理）。

绿色（洁净环境，食品，电源.）,将抑制电力谐波与节约能源联系起来,电力工业是一个生产最佳能源产品（电力的生产、输送、分配、转换同时进行的大系统。

在电力工业中，能源的节约、合理开发和有效使用表现的极为突出和具体。

如何科学地，符合用电负荷需求来进行有效能量转换，确已成为当今电力系统日益关注的话题。

谐波污染与电网公害,可以说谐波问题是随电力电子技术的出现相伴而产生的，从合理使用能源出发，大量使用大功率电力电子装置（从电能产生到传递，消耗的全过程中都有采用）是必然趋势，是主流方向，但是由此产生的负作用或者说与经典纯正弦波形相违背的结果，带来了电网公害谐波污染，这是与世界性的自然环境问题相类同的电气环境污染问题，而且其影响面更大距离更远。

为此，已有人提出了“电气环境工程学”之说。

谐波污染及其危害,从理论上讲，电力系统正弦波形畸变现象既要涉及功率定义及其处理问题，又需对信号的形状变化进行分析。

因此在工程技术中，电力谐波污染主要表现为：

1）对电网安全稳定和经济运行的影响与危害；

2）对与其有牵连的电气信号的干扰与破坏。

可概括为，,在电力危害方面,1）旋转电机等的（换流变压器过载）附加谐波损耗与发热，缩短使用寿命（由此，也有人认为谐波标准应当以能量大小来估计更重要）。

2）谐波谐振过电压，造成电气元件及设备的故障与损坏。

3）电能测量的定义和方法不适应。

在信号干扰方面,1）对通信系统产生电磁干扰，使电话通讯质量下降.2）重要和敏感的自动控制、保护装置不正确动作.3）危害到功率处理器自身的正常运行.,污染与综合治理,对自然界可能出现的各种危害与隐患，科学的处理方法通常是以预防为主，即所谓防患于未然。

而事实上，正象世界上对自然环境污染的治理情形一样，对电力系统的谐波危害也出现了“先污染，后治理”的现状。

电力行业谐波管理规定中强调,谐波污染的综合治理应采取“谁污染,谁治理”的原则,综合治理工作应包含以下几个方面,1）抑制谐波电流的发生与注入；

2）改善装置的功率因数与无功功率的补偿；

3）滤波器最佳安装位置的合理选择；

4）电磁干扰的消除与电磁兼容性；

5）多种功能一体化处理；

6）普遍采用具有法规约束的措施，改变先污染后治理的被动局面。

谐波防治主要应从以下两方面采取技术措施：

1）从电网的整体角度出发，在系统的谐波主要危害点采取就近补偿措施，阻止谐波电流注入系统，使危害限制在最小范围；

2）针对具体谐波源特性，在设计电力电子装置时就应考虑在电路上和控制策略上采取有效的校正手段，最终做到就地消除谐波源。

谐波研究工作的进展和国际研究动态,1985年，国际上第一本由新西兰著名教授J.ARRILAGA等合写的“电力系统谐波”专著出版，较详细、系统地阐述了这方面的知识。

1988年，我国电力专家和教授吴竞昌、孙树勤等人合作编著了“电力系统谐波”，至今仍为普遍需求的读本。

据知，他们计划重新改编和出版“供电系统谐波”著作。

在此期间，还先后有东电、天大、重大等单位也编写了不同程度的类似书籍。

1993年我国国家技术监督局正式颁布了“电能质量公用电网谐波”国家标准，使谐波管理工作逐渐规范化、科学化，进而法规化。

我国谐波研究工作的开展大体经历了三个阶段：

谐波认识与知识普及阶段；

研制分析测量手段和实际普查阶段；

谐波的综合治理阶段。

在应用基础研究方面应开展的关键问题的建议,1）有源电力滤波器（APF）检测算法和控制算法及新理论的研究2）电力系统谐波补偿新型电力线调节器的研究3）有源与无源滤波组合方式补偿4）畸变波形的评估方法，谐波标准规范化和实用化的研究5）各种电力电子装置和非线性负载谐波特性的研究6）电能质量测量方法与仪器7）谐波潮流的计算和滤波器容量及最佳安装位置的设定8）功率因数和波形校正器9）PWM技术在改善波形质量上的作用10）功率半导体材料技术的研究开发,谐波问题的基本分析,一、波形畸变及其定义二、非正弦量有效值和谐波总畸变率三、非正弦电路的功率和功率因数四、三相电路中的谐波,一、波形畸变及其定义,谐波畸变（HarmonicDistortion）是由电力系统中的非线性设备引起的，流过非线性设备的电流和加在其上的电压不成比例关系。

k,线性元件的电压电流特性关系,线性二端元件：

电阻R：

任何时刻其两端的电压和电流的关系服从欧姆定律。

即电感L：

任何时刻其自感磁通链与其中的电流成线性关系。

即，任何时刻，其上的电压与该时刻电流的变化率成正比。

电容C：

任何时刻正极板上的电荷与其两端的电压关系（库伏特性）服从线性关系。

即，。

任何时刻，其电流与该时刻电压的变化率成正比，。

正弦函数条件下线性元件的电压电流关系,从以上分析已知，在电路中线性元件上的电压电流关系（或伏安特性成正比。

从数学关系式上，是比例、微分和积分的关系，值得注意的是，正弦函数在进行和差、乘积、微分和积分等运算时，仍然保持正弦函数变化规律的特点。

线性电阻R：

线性电感L：

线性电容C：

可见，线性元件的电压电流仍保持正弦函数波形，但可能发生相位变化（引申可见，纯阻性负荷电压电流波形相同，且同相位，其功率传输为最高效率）。

波形畸变与谐波问题,供电系统大多数电气元件可等值为上述3种基本元件。

所以要求尽可能由正弦波形的电源供电。

任何供电网电压波形偏离正弦函数波形的现象都可能对电网带来危害和影响。

有人将正弦波形的畸变问题称为波形质量。

波形畸变的含义较广，但作为谐波畸变问题提出时，波形畸变往往被限制在某一范围内。

例如，电压陷波也改变了正弦波形，但其频率很高频谱相当宽，很难在频域得到实用化描述，因而将其定义为电压缺口问题在时域作特殊处理。

因此，在谈到电力系统波形畸变问题时一般是指电力谐波问题。

谐波的基本概念与定义,国际上公认的谐波定义为：

“谐波是一个周期性电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍”。

1、谐波次数必须为正整数如我国电力系统的标称频率F（也称为工业频率，简称工频）为50Hz，则基波为50Hz，二次谐波为100Hz，三次谐波为150Hz等。

谐波的基本概念与定义,2、间谐波和次谐波在一定的供电系统条件下，有些用电负荷会出现非整数倍的周期性电流的波动，根据该电流周期分解出的傅里叶级数，可能得出不是基波整数倍频率的分数谐波（fractional-harmonics）或称间谐波（inter-harmonics）。

次谐波（sub-harmonics）是指频率低于工频基波频率的分量。

谐波的基本概念与定义,3、谐波和暂态现象在许多电能质量问题中常把暂态现象误认为是谐波畸变。

暂态过程的实测波形是一个带有明显高频分量的畸变波形，虽然暂态过程中含有高频分量，但是暂态和谐波却是两个完全不同的现象，它们的分析方法也是不同的。

电力系统仅在受到突然扰动之后，其暂态波形呈现出高频特性，但这些频率并不是谐波，与系统的基波频率无关。

谐波的基本概念与定义,4、短时间谐波对于短时间的冲击电流，例如，变压器空载合闸的励磁涌流，按周期函数分解，将包含短时间的谐波和间谐波电流，称为短时间的谐波电流或快速变化谐波电流，应与电力系统稳态和准稳态谐波区别开来。

谐波的基本概念与定义,5、陷波换流装置在换相时，会导致电压波形出现陷波或称换相缺口。

这种畸变是电压瞬时值的突然变化，虽然也是周期性的，但不属于谐波范畴。

二、非正弦量有效值和总谐波畸变率,在频域分析中，将畸变的周期性电压和电流分解成傅里叶级数，（5-1）（5-2）式中工频（即基波）的角频率；

谐波次数；

、分别为第次谐波电压和电流的有效值；

、分别为第次谐波电压和电流的初相角；

所考虑的谐波最高次数，通常取50。

非正弦周期量的有效值,以电流为例，的有效值根据定义可表示为（5-3）即非正弦周期量的有效值等于其各次谐波分量有效值的平方和的平方根值，与各分量的初相角无关。

虽然各次谐波分量有效值与其峰值之间存在着比例关系，但是的峰值与它的有效值之间却不存在这样简单的比例关系。

谐波电流含有率HRI计算,某次谐波分量的大小，常以该次谐波的有效值与基波有效值的百分比表示，称为该次谐波的含有率，次谐波电流的含有率为，,（5-4）,电压电流总谐波畸变率T