电能质量提高综合技能培训班张一工教授02

1、第二部分电力系统谐波及相关问题电能质量提高综合技能培训班 张一工 教授9/17/20221谐波基本概念：源于声学电力系统谐波及相关问题“谐”：和谐，Harmonic谐波：频率为基频整倍数的分量（基音与泛音列）谐波：决定音色的因素（音高、音量与音色）谐波的物理学意义：决定音频波形的形状律学的物理学基础9/17/20222电力系统波形畸变并不是新问题电力系统谐波及相关问题19201930：德国已提出波形畸变问题20世纪60年代前，谐波问题并不突出HVDC的应用促进了谐波研究的发展大量电力电子装置的应用使得谐波问题日益严重电力电子装置的不利影响不仅限于谐波9/17/20223电力系统谐波的基本概念电

2、力系统谐波及相关问题定义数学工具不同类型谐波的性质与特点.9/17/20224电力系统谐波的基本概念电力系统谐波及相关问题定义数学工具不同类型谐波的性质与特点一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整倍数。也称为高次谐波。9/17/20225电力系统谐波的基本概念电力系统谐波及相关问题定义数学工具不同类型谐波的性质与特点傅立叶级数。畸变周期波形（非正弦波形）可以用有限个不同频率的正弦波的叠加来近似。9/17/20226电力系统谐波的基本概念电力系统谐波及相关问题定义数学工具不同类型谐波的性质与特点 谐波次数必为整数 谐波和暂态现象 谐波与波形缺口 短时间谐波和暂态过程中的谐波9/17/2

3、0227非正弦周期函数的傅立叶级数展开电力系统谐波及相关问题直流分量周期函数角频率12Tpw=三角形式：直流分量、正弦分量与余弦分量9/17/20228非正弦周期函数的傅立叶级数展开电力系统谐波及相关问题三角形式：直流分量、正弦分量与余弦分量9/17/20229非正弦周期函数的傅立叶级数展开电力系统谐波及相关问题n次分量振幅n次分量初相角三角形式：直流分量、振幅与初相角9/17/202210非正弦周期函数的傅立叶级数展开电力系统谐波及相关问题指数形式：直流分量、振幅与初相角9/17/202211傅立叶级数展开的意义电力系统谐波及相关问题简化复杂波形的分析充分利用针对正弦电路的简化算法进行谐波治

4、理的理论依据.9/17/202212傅立叶级数展开的意义电力系统谐波及相关问题简化复杂波形的分析充分利用针对正弦电路的简化算法进行谐波治理的理论依据将复杂波形的分析问题化为正弦波的分析问题；将千变万化的波形分析化为单一的波形分析问题9/17/202213傅立叶级数展开的意义电力系统谐波及相关问题简化复杂波形的分析充分利用针对正弦电路的简化算法进行谐波治理的理论依据 简单的稳态解的计算分析方法 复阻抗 复阻抗串、并联 叠加原理仅对线性电路适用9/17/202214傅立叶级数展开的意义电力系统谐波及相关问题简化复杂波形的分析充分利用针对正弦电路的简化算法进行谐波治理的理论依据 频谱的构成 治理方案

5、的制定 治理效果的评价9/17/202215典型波形傅立叶级数分析：方波电力系统谐波及相关问题9/17/202216典型波形傅立叶级数分析：方波电力系统谐波及相关问题基波与前三个谐波9/17/202217典型波形傅立叶级数分析：方波电力系统谐波及相关问题9/17/202218典型波形傅立叶级数分析：三角波电力系统谐波及相关问题9/17/202219典型波形傅立叶级数分析：三角波电力系统谐波及相关问题基波与前三个谐波9/17/202220典型波形傅立叶级数分析：三角波电力系统谐波及相关问题9/17/202221谐波大小的度量：谐波含有率电力系统谐波及相关问题n次谐波电压含有率HRUn ：n次谐波

6、电流含有率HRIn ：9/17/202222谐波大小的度量：总谐波畸变率电力系统谐波及相关问题总电压谐波畸变率THDu ：总电流谐波畸变率THDi ：9/17/202223谐波大小的度量：总谐波含量电力系统谐波及相关问题方波9/17/202224谐波大小的度量：总谐波含量电力系统谐波及相关问题三角波9/17/202225谐波限值：公用电网电压电力系统谐波及相关问题9/17/202226谐波限值：公共连接点注入电流电力系统谐波及相关问题9/17/202227谐波限值：公共连接点注入电流（续）电力系统谐波及相关问题9/17/202228谐波的危害 谐波 附加损耗 谐波过电压 引起继电保护装置误动

7、引起电气测量与计量的误差 对通信系统的干扰 电压换相缺口 EMI电力系统谐波及相关问题.9/17/202229谐波的危害 谐波 附加损耗 谐波过电压 引起继电保护装置误动 引起电气测量与计量的误差 对通信系统的干扰 电压换相缺口 EMI电力系统谐波及相关问题 附加铁损（涡流，磁滞） 附加铜损（集肤效应，层叠效应）9/17/202230谐波的危害 谐波 附加损耗 谐波过电压 引起继电保护装置误动 引起电气测量与计量的误差 对通信系统的干扰 电压换相缺口 EMI电力系统谐波及相关问题 容性元件与系统阻抗（感性）发生并联谐振 谐波放大 过电压9/17/202231谐波的危害 谐波 附加损耗 谐波过电

8、压 引起继电保护装置误动 引起电气测量与计量的误差 对通信系统的干扰 电压换相缺口 EMI电力系统谐波及相关问题继电保护启动条件的误判9/17/202232谐波的危害 谐波 附加损耗 谐波过电压 引起继电保护装置误动 引起电气测量与计量的误差 对通信系统的干扰 电压换相缺口 EMI电力系统谐波及相关问题 非正弦量的有效值测量 有功功率的计量 计量与收费政策9/17/202233谐波的危害 谐波 附加损耗 谐波过电压 引起继电保护装置误动 引起电气测量与计量的误差 对通信系统的干扰 电压换相缺口 EMI电力系统谐波及相关问题 对平行通信线路的干扰 随着信息的数字化，危害已弱化9/17/20223

9、4谐波的危害 谐波 附加损耗 谐波过电压 引起继电保护装置误动 引起电气测量与计量的误差 对通信系统的干扰 电压换相缺口 EMI电力系统谐波及相关问题 本质上也是谐波 具有较显著的高频分量 分压比的影响9/17/202235谐波的危害 谐波 附加损耗 谐波过电压 引起继电保护装置误动 引起电气测量与计量的误差 对通信系统的干扰 电压换相缺口 EMI电力系统谐波及相关问题 场的影响 无线发射9/17/202236电力系统中的主要谐波源电力系统谐波及相关问题发电机和电动机变压器和电抗器电弧设备电力电子装置.9/17/202237电力系统中的谐波源电力系统谐波及相关问题发电机和电动机变压器和电抗器电

10、弧设备电力电子装置 发电机结构不完全理想 发电机不对称运行 发电机为谐波电压源 电动机的结构不完全理想 电机本身不是主要的谐波源9/17/202238电力系统中的谐波源电力系统谐波及相关问题发电机和电动机变压器和电抗器电弧设备电力电子装置 铁心的非线性（饱和）是产生谐波的原因 电压偏高且轻载时谐波问题较为突出 直流偏磁的影响应该重视9/17/202239电力系统中的谐波源电力系统谐波及相关问题发电机和电动机变压器和电抗器电弧设备电力电子装置 电石炉 电弧炉 电弧焊设备 气体放电灯 不容忽视的谐波源9/17/202240电力系统中的谐波源电力系统谐波及相关问题发电机和电动机变压器和电抗器电弧设备

11、电力电子装置 高压直流输电 电气化铁路 大容量整流设备 静止无功补偿设备 大容量调速设备 大量的家用电器 最主要的谐波源9/17/202241电力系统中的谐波源：电弧炉电力系统谐波及相关问题9/17/202242电力系统中的谐波源分布情况电力系统谐波及相关问题9/17/202243电力电子装置与谐波电力系统谐波及相关问题电力系统中最主要的谐波源接入电力系统的电力电子装置逐年增多随着电力电子技术的发展谐波构成发生变化对于电力系统的危害主要取决于交流侧谐波.9/17/202244电力电子装置与谐波电力系统谐波及相关问题电力系统中最主要的谐波源接入电力系统的电力电子装置逐年增多随着电力电子技术的发展

12、谐波构成发生变化对于电力系统的危害主要取决于交流侧谐波 间谐波 高频谐波9/17/202245电力电子装置与谐波电力系统谐波及相关问题电力系统中最主要的谐波源接入电力系统的电力电子装置逐年增多随着电力电子技术的发展谐波构成发生变化对于电力系统的危害主要取决于系统侧谐波直流侧或负载侧的状况对系统侧谐波也会产生影响影响往往是非本质的且较复杂9/17/202246电力系统谐波及相关问题谐波源实例：三相晶闸管换流器（大电感负载）9/17/202247谐波源实例：三相晶闸管换流器（大电感负载）电力系统谐波及相关问题9/17/202248电力系统谐波及相关问题基波电流有效值：n次谐波电流有效值：谐波源实例

13、：三相晶闸管换流器（大电感负载）9/17/202249特征谐波和非特征谐波电力系统谐波及相关问题特征谐波由换流器结构和工作方式决定某种结构的换流器所特有通常为主要的谐波成分非特征谐波由于某些理想条件不满足而产生通常为次要的谐波成分9/17/202250特征谐波和非特征谐波电力系统谐波及相关问题单相全波整流器的特征谐波 3，5，7，9， 2k + 1三相桥式整流器（6脉动）的特征谐波 5，7，11，13， 6k 19/17/202251多相整流电路的谐波电力系统谐波及相关问题9/17/202252多相整流电路的谐波电力系统谐波及相关问题双桥12脉动换流器特征谐波：m桥换流器特征谐波：9/17/2

14、02253计及换相过程时整流电路的谐波电力系统谐波及相关问题换相电感g9/17/202254计及换相过程时整流电路的谐波电力系统谐波及相关问题谐波含量与触发滞后角 a 有关谐波含量与换相重叠角 g 有关谐波含量比无换相过程情况下有所减小9/17/202255计及换相过程时整流电路的谐波电力系统谐波及相关问题9/17/202256电力系统谐波及相关问题谐波源实例：单相整流电路带大滤波电容负载大滤波电容9/17/202257电力系统谐波及相关问题交流侧谐波状况谐波源实例：单相整流电路带大滤波电容负载9/17/202258电力系统谐波及相关问题谐波源实例：三相整流电路带大滤波电容负载9/17/202

15、259电力系统谐波及相关问题交流侧谐波状况谐波源实例：三相整流电路带大滤波电容负载9/17/202260电力系统谐波及相关问题谐波源实例：感容滤波的整流电路各种工况的交流侧电流波形9/17/202261电力系统谐波及相关问题谐波源实例：交流调压电路（单相电阻负载）9/17/202262电力系统谐波及相关问题谐波源实例：交流调压电路（单相电阻负载）交流侧谐波9/17/202263电力系统谐波及相关问题谐波源实例：交流调压电路（单相阻感负载）9/17/202264电力系统谐波及相关问题谐波源实例：交流调压电路（单相电感负载）交流侧谐波9/17/202265电力系统谐波及相关问题谐波源实例：三相交流

16、调压电路9/17/202266解决谐波问题的方法 无源谐波滤波器 单调谐滤波器 双调谐滤波器 高通滤波器 有源电力滤波器 功率因数校正器 改进电力电子装置设计（绿色变频装置）电力系统谐波及相关问题9/17/202267单调谐滤波器的基本工作原理R-L-C串联谐振电路适用于电流源型谐波源在基波下呈容性，兼作无功补偿存在谐波放大甚至谐振问题低成本的解决方案电力系统谐波及相关问题9/17/202268单调谐滤波器的基本工作原理电力系统谐波及相关问题n次谐波滤波器9/17/202269单调谐滤波器的基本工作原理电力系统谐波及相关问题等效频率偏差与滤波效果电感、电容参数的变化可等效为频率变化电感、电容值

17、变化2与频率变化1的影响相当考虑到频率偏差的影响，Q 值并非越高越好9/17/202270单调谐滤波器的基本工作原理电力系统谐波及相关问题系统简图等值电路9/17/202271单调谐滤波器的基本工作原理电力系统谐波及相关问题9/17/202272高通滤波器的基本工作原理电力系统谐波及相关问题9/17/202273无源滤波器的配置原则电力系统谐波及相关问题对于主要的特征谐波配置单调谐滤波器对于其它高次谐波配置高通滤波器出于造价等因素的考虑，可采用双调谐滤波器代替单调谐滤波器在配置单调谐滤波器时，要考虑谐波放大问题9/17/202274图101简化等值电路220kV110kV10kV无源滤波器的问题：谐振点的变化电力系统谐波及相关问题三卷变压器等值电路10 kV侧等值电抗（漏抗）无源滤波器组9/17/202275图101简化等值电路220kV110kV10kV无源滤波器的问题：谐振点的变化电力系统谐波及相关问题110 kV母线的谐振点滤