电力系统谐波的基本概念资料教学提纲.ppt

电力系统谐波的基本概念资料2.现代电力系统的负荷类型逐渐非线性现代电力系统的负荷类型逐渐非线性化，非线性负荷已占有很大比例化，非线性负荷已占有很大比例很难保证纯正弦波形很难保证纯正弦波形非线性设备产生非线性设备产生谐波干扰谐波干扰谐波畸变谐波畸变污染污染电气环境电气环境3.现代电力系统强调功率处理与控制的能力现代电力系统对电能形态提出了新的要求现代电力系统对电能形态提出了新的要求：一、以适合于用电负荷需要的一、以适合于用电负荷需要的最佳电能形态最佳电能形态提供电力，提供电力，满足满足用户对不同频率、电压、电流、波形及相数用户对不同频率、电压、电流、波形及相数的要求的要求，顺应生产与产品，顺应生产与产品多样性、个性化、高效多样性、个性化、高效益益的发展趋势。的发展趋势。二、现代电力系统正试图将其二、现代电力系统正试图将其快速、实时与灵活可控快速、实时与灵活可控应用于电网的电能输送与分配应用于电网的电能输送与分配，达到可靠稳定，达到可靠稳定，高效经济运行的目的。高效经济运行的目的。三、三、FACTS技术技术与与传统电力传统电力技术。技术。FACTS分类框图分类框图 大功率器件制造水平迅速提高，大容量电力电大功率器件制造水平迅速提高，大容量电力电子技术应用日益广泛子技术应用日益广泛6 kV,6 kA GTO全控器件（全控器件（IGBT）已应用于）已应用于200MW HVDC 电压和电流波形严重畸变问题日益突出，电压和电流波形严重畸变问题日益突出，电压和电流波形严重畸变问题日益突出，电压和电流波形严重畸变问题日益突出，电力谐波及其危害电力谐波及其危害已成为现代电力系统的一大重要问题。已成为现代电力系统的一大重要问题。4.谐波研究现状谐波研究现状o电力系统波形畸变问题早在电力系统波形畸变问题早在19351935年就已被一些德国专家年就已被一些德国专家 (Rissik.H(Rissik.H等等)所关注，并有相应的论著发表。所关注，并有相应的论著发表。o19451945年有了谐波的经典论文年有了谐波的经典论文 (付氏分析付氏分析做为谐波计算的基做为谐波计算的基础础)。o7070年代初年代初，美国的，美国的KimbarkKimbark教授从教授从HVDCHVDC的研究出，理论性、的研究出，理论性、权威性地分析了电力系统谐波问题。权威性地分析了电力系统谐波问题。oIEEEIEEE也从电力系统谐波工作组报告为始，正式将其列为专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，并且于八十年代门学术问题，有组织地加以研究，并且于八十年代（8686）开始每）开始每2 2年召开一次世界性会议并出版论文集。年召开一次世界性会议并出版论文集。o19851985年，国际上年，国际上第一本第一本由由新西兰新西兰著名教授著名教授J.ARRILAGAJ.ARRILAGA等合等合写的写的“电力系统谐波电力系统谐波”专著出版，较详细、系统地阐述了专著出版，较详细、系统地阐述了这方面的知识。这方面的知识。国际研究现状国际研究现状国内谐波研究现状国内谐波研究现状o19881988年，我国电力专家和教授吴竞昌等编著年，我国电力专家和教授吴竞昌等编著 “电力系统谐电力系统谐波波”。后改写为。后改写为“供电系统谐波供电系统谐波”。o19931993年我国国家技术监督局正式颁布了年我国国家技术监督局正式颁布了“电能质量公用电电能质量公用电网谐波网谐波”国家标准。国家标准。20082008年该标准开始重新修订。年该标准开始重新修订。o夏道止等夏道止等19941994年出版的年出版的高压直流输电系统的谐波分析及滤高压直流输电系统的谐波分析及滤波波是近年出版的代表性著作。是近年出版的代表性著作。o20082008年欧盟亚洲电能质量中国合作组成立，开展对国内谐年欧盟亚洲电能质量中国合作组成立，开展对国内谐波等电能质量问题的案例分析和国家标准的宣贯工作。波等电能质量问题的案例分析和国家标准的宣贯工作。o2007200720082008年我国电力与铁路合作开展了电铁谐波和负序关年我国电力与铁路合作开展了电铁谐波和负序关键问题研究，投资键问题研究，投资21702170万元。近日开始项目验收工作。万元。近日开始项目验收工作。o近几年，西安交通大学近几年，西安交通大学王兆安王兆安等人也从事电力系统谐波抑制等人也从事电力系统谐波抑制的研究，主要是有源电力滤波器的研究等。的研究，主要是有源电力滤波器的研究等。5 谐波研究的意义谐波研究的意义治理环境污染、维护绿色环境治理环境污染、维护绿色环境“绿色电力电子绿色电力电子”，无谐波，无谐波 对电力电子技术自身发展对电力电子技术自身发展谐波危害十分严重谐波危害十分严重6谐波问题的主要内容谐波问题的主要内容o谐波功率定义和功率理论谐波功率定义和功率理论o谐波分析谐波分析o谐波影响和危害谐波影响和危害o谐波的补偿和抑制；谐波的补偿和抑制；o谐波测量谐波测量o限制谐波标准限制谐波标准4 电力系统谐波的主要内容电力系统谐波的主要内容4.1电力系统谐波的基本概念电力系统谐波的基本概念4.2电力系统非正弦波形的分析方法电力系统非正弦波形的分析方法4.3电力系统谐波的来源电力系统谐波的来源4.4 电力系统谐波潮流计算电力系统谐波潮流计算4.5 电力系统谐波测量技术电力系统谐波测量技术4.6 谐波对电网的影响和危害谐波对电网的影响和危害4.7 电力系统谐波的抑制电力系统谐波的抑制4.8 交流滤波装置交流滤波装置4.1电力系统谐波的基本概念电力系统谐波的基本概念o基基波波 是是指指一一个个周周期期电电气气量量 的的正正弦弦波波分分量量，其其 频频 率率 为为 工工 频频，50Hz 或或60Hzo谐谐波波（harmonics）是是一一个个周周期期电电气气量量的的正正弦弦波波分分量量，其其频频率率为为基波频率的整数倍基波频率的整数倍 一、谐波的定义一、谐波的定义o间谐波间谐波：频率不是工频的整数倍的谐波分量，即介频率不是工频的整数倍的谐波分量，即介于工频谐波之间的傅立叶频谱分量。主要来源于静于工频谐波之间的傅立叶频谱分量。主要来源于静态变频器、换流器、感应电动机、电焊机和电弧炉态变频器、换流器、感应电动机、电焊机和电弧炉等，其允许的总畸变系数应小于整数谐波等，其允许的总畸变系数应小于整数谐波,其试验其试验方法与谐波的试验方法相同。方法与谐波的试验方法相同。o次谐波：次谐波：频率低于基波频率的分量。频率低于基波频率的分量。o分数谐波：分数谐波：频率非基波频率整数倍的分量。频率非基波频率整数倍的分量。o次谐波和分数谐波对基波产生调幅并影响电视。次谐波和分数谐波对基波产生调幅并影响电视。1、谐谐波波次次数数n必必须须为为正正整数整数 工频工频50Hz 基波为基波为50Hz 2次谐波为次谐波为100Hz 3次谐波为次谐波为150Hz 5次谐波为次谐波为250Hz二、谐波的性质二、谐波的性质2、谐波和暂态现象、谐波和暂态现象o谐波现象谐波现象就是在每一周内电压或电流波形保持不变。就是在每一周内电压或电流波形保持不变。o暂态现象暂态现象是指每周期的波形都随时间变化而变化。是指每周期的波形都随时间变化而变化。二、谐波的性质二、谐波的性质图图4-2 波形畸变陷波波形畸变陷波畸变偏差百分值：畸变偏差百分值：不属于谐波范畴。不属于谐波范畴。暂态现象和谐波的区别暂态现象和谐波的区别o计算电压（或电流）畸变率时，采用谐波电压（或电流）计算电压（或电流）畸变率时，采用谐波电压（或电流）的平均有效值或平均总畸变率，其时间区段的平均有效值或平均总畸变率，其时间区段 取取3s，即取即取3s中的测量或计算的平均有效值或平均值中的测量或计算的平均有效值或平均值 3.短时间谐波和暂态现象中的谐波分量短时间谐波和暂态现象中的谐波分量 o晶闸管控制的轧钢机等设备工作时产生的短时间晶闸管控制的轧钢机等设备工作时产生的短时间突发电流脉冲突发电流脉冲，这种突发的脉冲包含着暂态分量，这种突发的脉冲包含着暂态分量和谐波分量。和谐波分量。o变压器空载合闸的励磁涌流变压器空载合闸的励磁涌流，按周期函数分解，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的谐波电流或快速变化谐波电流o应与电力系统稳态和准稳态谐波应与电力系统稳态和准稳态谐波区别开来区别开来。二、谐波的性质二、谐波的性质o（1）电力系统本身存在着周期性的非正弦独立）电力系统本身存在着周期性的非正弦独立电源。如有下面电流源电源。如有下面电流源o（2）工频电压或电流作用于非线性负载。）工频电压或电流作用于非线性负载。如有一工频电压如有一工频电压 三、补充：三、补充：高次谐波的产生高次谐波的产生o（3）电力系统中存在时变负载，如有一电）电力系统中存在时变负载，如有一电导，其电气特性为：导，其电气特性为：o1、非正弦波形的有效值、非正弦波形的有效值四、非正弦波形的有效值和畸变率四、非正弦波形的有效值和畸变率o有效值的定义o傅立叶级数分解代入代入由此可见，非正弦周期性电流的方均根值，等于其由此可见，非正弦周期性电流的方均根值，等于其各次谐波电流方均根值的平方和的平方根值。各次谐波电流方均根值的平方和的平方根值。2、非正弦波形的峰值、非正弦波形的峰值o基波的峰值和有效值基波的峰值和有效值o各次谐波的峰值和有效值各次谐波的峰值和有效值o非正弦波形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非正弦波形的周期函数，它的峰值和函数，它的峰值和其方均根值之间却其方均根值之间却不存在的不存在的1.414比例关系比例关系（a）三次谐波初相角与基波相同 （b）三次谐波初相角与基波相反 3、非正弦波形的畸变率、非正弦波形的畸变率o总谐波畸变率（总谐波畸变率（THD）：）：各次谐波有效值的平方和各次谐波有效值的平方和的平方根与基波有效值的百分比，称为的平方根与基波有效值的百分比，称为总谐波畸变总谐波畸变率率THD，或简称畸变率，或简称畸变率o谐波含有率：谐波含有率：是指n次谐波分量的有效值与基波分量的有效值的百分比 此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢