电路中的名词概念Word文档格式.docx
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装设谐波补偿装置的传统方法就是采用LC调谐滤波器。
这种方法既可补偿谐波，又可补偿无功功率，而且结构简单，一直被广泛使用。
这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。
此外，它只能补偿固定频率的谐波，补偿效果也不甚理想。
3.无功补偿还
人们对有功功率的理解非常容易，而要深刻认识无功功率却并不是轻而易举的。
在正弦电路中，无功功率的概念是清楚的，而在含有谐波时，至今尚无获得公认的无功功率定义。
但是，对无功功率这一概念的重要性，对无功补偿重要性的认识，却是一致的。
无功补偿应包含对基波无功功补偿和对谐波无功功率的补偿。
无功功率对供电系统和负荷的运行都是十分重要的。
电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的。
因此，粗略地说，为了输送有功功率，就要求送电端和受电端的电压有一相位差，这在相当宽的范围内可以实现；
而为了输送无功功率，则要求两端电压有一幅值差，这只能在很窄的范围内实现。
不仅大多数网络元件消耗无功功率，大多数负载也需要消耗无功功率。
网络元件和负载所需要的无功功率必须从网络中某个地方获得。
显然，这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。
合理的方法应是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，这就是无功补偿。
无功补偿的作用主要有以下几点：
（1）提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。
（2）稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。
在长距离输电线中合适的地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力。
（3）在电气化铁道等三相负载不平衡的场合，通过适当的无功裣可以平衡三相的有功及无功负载。
二、谐波和无功功率的产生
在工业和生活用电负载中，阻感负载占有很大的比例。
异步电动机、变压器、荧光灯等都是典型的阻感负载。
异步电动机和变压器所消耗的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占有很高的比例。
电力系统中的电抗器和架空线等也消耗一些无功功率。
阻感负载必须吸收无功功率才能正常工作，这是由其本身的性质所决定的。
电力电子装置等非线性装置也要消耗无功功率，特别是各种相控装置。
如相控整流器、相控交流功率调整电路和周波变流器，在工作时基波电流滞后于电网电压，要消耗大量的无功功率。
另外，这些装置也会产生大量的谐波电流，谐波源都是要消耗无功功率的。
二极管整流电路的基波电流相位和电网电压相位大致相同，所以基本不消耗基波无功功率。
但是它也产生大量的谐波电流，因此也消耗一定的无功功率。
近30年来，电力电子装置的应用日益广泛，也使得电力电子装置成为最大的谐波源。
在各种电力电子装置中，整流装置所占的比例最大。
目前，常用的整流电路几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，其中以三相桥式和单相桥式整流电路为最多。
带阻感负载的整流电路所产生的谐波污染和功率因数滞后已为人们所熟悉。
直流侧采用电容滤波的二极管整流电路也是严惩的谐波污染源。
这种电路输入电流的基波分量相位与电源电压相位大体相同，因而基波功率因数接近1。
但其输入电流的谐波分量却很大，给电网造成严重污染，也使得总的功率因数很低。
另外，采用相控方式的交流电力调整电路及周波变流器等电力电子装置也会在输入侧产生大量的谐波电流。
三、无功功率的影响和谐波的危害
1.无功功率的影响
（1）无功功率的增加，会导致电流增大和视在功率增加，从而使发电机、变压器及其他电气设备容量和导线容量增加。
。
同时，电力用户的起动及控制设备、测量仪表的尺寸和规格也要加大。
（2）无功功率的增加，使总电流增大，因而使设备及线路的损耗增加，这是显而易见的。
（3）使线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会使电压产生剧烈波动，使供电质量严重降低。
2.谐波的危害
理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。
谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，也对周围的能耐电力电子设备广泛应用以前，人们对谐波及其危害就进行过一些研究，并有一定认识，但那时谐波污染还需要严惩没有引起足够的重视。
近三四十年来，各种电力电子装置的迅速使得公。
用电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波危害的严重性才引起人们高度的关注。
谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以下几个方面。
（1）谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。
（2）谐波影响各种电气设备的正常工作。
谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。
谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。
（3）谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述
（1）和
（2）的危害大大增加，甚至引起严重事故。
（4）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。
（5）谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；
重者导致住处丢失，使通信系统无法正常工作。
什么是谐波？
供电系统的谐波是怎么定义的？
"
谐波"
一词起源于声学。
傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。
到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文。
供电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，这部分电量称为谐波。
谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1）称为谐波次数。
电网中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波（Non-harmonics）或分数谐波。
谐波实际上是一种干扰量，使电网受到“污染”。
电工技术领域主要研究谐波的发生、传输、测量、危害及抑制，其频率范围一般为2≤n≤40。
谐波是怎么产生的？
电网谐波来自于3个方面：
一是发电源质量不高产生谐波：
发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。
二是输配电系统产生谐波：
输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。
它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。
铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流0.5%。
三是用电设备产生的谐波：
晶闸管整流设备。
由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。
我们知道，晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。
如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30%；
接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。
如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流；
如果是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。
经统计表明：
由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。
变频装置。
变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。
电弧炉、电石炉。
由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。
其中主要是27次的谐波，平均可达基波的8%20%，最大可达45%。
气体放电类电光源。
荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。
分析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。
家用电器。
电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。
在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。
这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。
谐波怎么回事
一、引言
一个理想的电力系统是以单一恒定频率与规定幅值的稳定电压供电的。
但实际上，由于近年来随着科学技术的不断发展，在电力系统中大功率换流设备和调压装置的利用、高
压直流输电的应用、大量非线性负荷的出现以及供电系统本身存在的非线性元件等使得
系统中的电压波形畸变越来越严重，对电力系统造成了很大的危害，如：
使供电系统中
的元件损耗增大、降低用电设备的使用寿命、干扰通讯系统等。
严重时甚至还能使设备
损坏，自动控制失灵，继电保护误动作，因而造成停电事故等及其它问题。
所谓"
知己知
彼，百战不殆"
，因此,要实现对电网谐波的综合治理,就必须搞清楚谐波的来源及电网在
各种不同运行方式下谐波潮流的分布情况，以采取相应的措施限制和消除谐波，从而改
善供电系统供电质量和确保系统的安全经济运行。
二、电力系统谐波的来源
电力系统中谐波源是多种多样的。
主要有以下几种：
1、系统中的各种非线性用电设备如：
换流设备、调压装置、电气化铁道、电弧炉、荧光
灯、家用电器以及各种电子节能控制设备等是电力系统谐波的主要来源。
这些设备即使
供给它理想的正弦波电压，它取用的电流也是非线性的，即有谐波电流存在。
并且这些
设备产生的谐波电流也会注入电力系统，使系统各处电压产生谐波分量。
这些设备的谐
波含量决定于它本身的特性和工作状况，基本上与电力系统参数无关，可视为谐波恒流
源。
2、供电系统本身存在的非线性元件是谐波的又一来源。
这些非线性元件主要有变压器激
磁支路、交直流换流站的可控硅控制元件、可控硅控制的电容器、电抗器组等。
3、如荧光灯、家用电器等的单个容量不大，但数量很大且散布于各处，电力部门又难以
管理的用电设备。
如果这些设备的电流谐波含量过大，则会对电力系统造成严重影响，
对该类设备的电流谐波含量，在制造时即应限制在一定的数量范围之内。
4、发电机发出的谐波电势。
发电机发出谐波电势的同时也会有谐波电势产生，其谐波电
势取决于发电机本身的结构和工作状况，基本上与外接阻抗无关。
故可视为谐波恒压源
，但其值很小。
三、电力系统谐波潮流计算
所谓电力系统谐波潮流计算，就是通过求解网络方程In=YnUn（n=3,5,7…...n：
谐波次
数。
In为谐波源负荷注入电网的n次谐波电流列向量。
Yn为电网的n次谐波导纳阵。
Un为
电网中各节点母线的n次谐波电压列向量）。
求得电网中各节点（母线）得谐波电压，进
而求得各支路中的谐波电流。
当电力系统中存在有谐波源时，此时系统中个接点电压和支路电流均会有高次谐波。
为
了确定谐波电压和谐波电流在供电系统中的分布，需要对谐波阻抗构成的等效电路进行
潮流计算，同时当整流装置供电系统中有容性元件存在时，还要根据各支路谐波阻抗的
性质和大小，来检验有无谐振的情况。
进行谐波潮流计算，首先必须确定电网元件的谐波阻抗。
（3.1）、电网各类元件的谐波阻抗：
（1）、同步发电机的谐波阻抗
合格的发电机的电势是纯正弦的，不含有高次谐波，其发电机电势只存在于基波网络。
在高次谐波网络里，由于发电机谐波电势很小，此时可视发电机谐波电势为零。
故其等
值电路为连接机端与中性点的谐波电抗
****。
其中XGn=nXG1-------------
（1）
式中XG1为基波时发电机的零序、正序或负序电抗，有该次谐波的序特性决定
如果需要计及网络损耗，对于发电机，可将其阻抗角按85度估计，对于输电线，变压器
和负荷等元件的等值发电机，可将其阻抗角按75度估计。
（2）、变压器的谐波阻抗
电力系统谐波的幅值常是随着频率的升高而衰减，故在基波潮流计算尤其是高压电网中
，常忽略变压器的激磁支路和匝间电容。
在计算谐波电流时，只考虑变压器的漏抗，且
认为与谐波次数所认定的频率成正比。
在一般情况下，变压器的等值电路就简化为一连
接原副边节点的谐波电抗****
其中***为变压器基波漏电抗。
在高次谐波的作用下，绕组内部的集肤效应和临近效应增大，这时变压器的电阻大致与
谐波次数的平方成正比，此时的变压器谐波阻抗为：
Zn=sqrt（n）RT1+jnXT1-------------------------------（3）
其中RT1为基波时变压器的电阻。
对于三相绕组变压器，可采用星型等值电路，其谐波阻抗的计算方法通上。
当谐波源注入的高次谐波电流三相不对称时，则要根据变压器的接线方式和各序阻抗计
算出三相谐波阻抗。
3）电抗器的谐波阻抗
当只计及电抗器感抗时，对n次谐波频率为：
XLn=Nxl*UN/sqrt（3）IN
4）、输电线路的谐波阻抗
输电线路是具有均匀分布参数的电路，经过完全换位的输电线路可看作是三相对称的。
在潮流计算中，通常以集中参数的PI型等值电路表示。
如下图：
在计及分布特性的情况下，则：
ZLn=Znsh（rnl）
Yln/2=（chrnl-1）/（Znshrnl）
ZN和RN分别为对于于该次谐波时线路的波阻抗和传播常数。
其中Zn=sqrt（Z0n/Y0n）Rn=sqrt（Z0nYon）
Z0N和Y0N分别为该次谐波时输电线路单位长度的阻抗和导纳
五）、负荷的谐波阻抗
在谐波潮流计算时，基波部分可按节点注入功率看待，而在谐波网络中将它看作是恒定阻抗，近似地可认为综合负荷为一等值电动机。
其综合负荷的谐波等值阻抗值为：
ZN=SQRT（N）R1+JNX1
其中R1，X1为基波等值电动机的负序电阻、电抗、其值可由该节点的基波电压、功率
值经换算求得。
零序电流一般不会进入负荷，因而在零序性的高次谐波网络里，可忽略负荷支路。
当确定了电路中各电气元件的谐波阻抗后，可以构成一个谐波作用的等效电路，以便进行计算，绘制谐波作用下的等效电路时应注意以下几个特点：
（1）、谐波作用的等效电路，均应以整流装置为中心，按照实际接线构成，于是整流装
置视为谐波源，而电力系统的发电机不是以能源出现，而是作为谐波源的负载阻抗的一
部分。
（2）、电路元件阻抗可以用有名值进行计算，也可以用标幺值进行计算。
当采用有名值
进行计算时，全部电路应折算到某一基准电压，便于分析和应用。
（3）一般计算中，元件的所有电阻均可忽略，但是当系统某一部分发生或接近并联或串
联谐振时，此时的电阻影响却不能忽略。
（4）、在谐波电流近似计算中，所确定的是整流装置侧的总谐波电流，根据谐波作用等
效电路，才能确定各支路谐波电流和电压的分布。
3.2、谐波潮流计算
（3.2.1）、无容性元件网络的谐波潮流计算
（1）、对称系统的谐波潮流计算
对称系统中三相情况相同，因此可以按一相情况来计算。
当确定了整流装置任一侧总谐波电流后，结合谐波等效电路，就可以确定系统网络中任
一支路的谐波电流分布。
然后再根据节点谐波电压和节点注入谐波电流的关系I=YU（其
中，Y为谐波导纳阵），就可以确定各处的节点谐波电压了。
进而可求出潮流功率。
其计
算步骤如下：
<
1>
、根据所给运行条件，以通常的潮流计算方法求解基波潮流。
2>
、按谐波源工作条件，确定其它有关参数及需要计算的谐波次数。
3>
、计算各元件谐波参数，形成各次谐波网络节点导纳矩阵，并计算相应谐波网的注入
电流。
4>
、由式IN=YNUN确定各节点的谐波电压，并计算各支路谐波功率。
其中，应注意有谐波仪测出的谐波注入电流，其相角是相对于基波电流的相角。
故求出
基波电流后，需将谐波注入电流相角进行修正。
同样，系统节点的功率是基波功率与谐
波功率之和，故基波注入功率也应进行修正。
但线性负荷处的基波注入功率不必修正。
（2）、不对称系统谐波潮流计算
在不对称系统中，三相情况各不相同，而且相互影响，因此必须同时进行三相系统的计
算。
不对称网络潮流的计算可将网络分为各次谐波网络，先计算基波网络，求得各节点基波
电压后，按它计算各谐波潮流的各次注入电流，再按此谐波注入电流解算各次谐波的网
络方程，求出各节点的各次谐波电压。
（3.2.2）、整流装置供电系统中有容性元件存在时的谐波潮流计算
当整流装置供电系统中有容性元件存在时，电容器对整流装置的换相过程和电压电流波
形都有影响。
一般在基波频率下，感抗和容抗支路的参数在数值上相差甚大，不致产生
谐振现象，但整流装置的一次非正弦回路，可以看成是几个不同频率和振幅的正弦电势
在回路中分别作用的综合结果，因感抗频率特性与容抗频率特性刚好相反，有可能在某
次谐波下两者数值相近，发生谐振现象。
故此时除了进行正常的谐波潮流计算外，还要
根据各支路谐波阻抗的性质和大小，来检验有无谐振。
四、总结
电力系统中的谐波的出现，对于电力系统运行是一种"
污染"
它们降低了系统电压正
玄波形的质量，不但严重地影响了电力系统自身，而且还危害用户和周围的通信系统。
因此对电力系统谐波的研究对于改善电能质量，抑制和消除谐波具有十分重要的意义
变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，
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