谐波交互作用和谐波不稳定性报告

谐波交互作用和谐波不稳定性摘要：在供电系统中谐波的出现已经有许多年了。所谓谐波，是一个数学或物理学概念，指周期函数或周期性的波形中不能用常数、与原函数的最小正周期相同的正弦函数和余弦函数的线性组合表达的部分。本文分析了谐波产生的主要原因，以及其中交互作用，从谐波的不稳定性分析到谐波产生的危害，进而列举出一些治理谐波危害的方法。关键字：谐波，交互作用，不稳定性，谐波危害1.谐波的产生在理想的干净供电系统中，电流和电压都是正弦波的。在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。但此种情况过于理想，一般情况下，我们所研究的电路基本上都有谐波产生。在电力系统中，谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。电网谐波来自于以下三个方面：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。2.谐波的交互作用当电力系统向非线性设备及负荷供电时，这些设备和负荷在传递、变换、吸收系统发电机所供给的基波能量的同时，又把部分基波能量转换为谐波能量，向系统倒送大量的高次谐波。使电力系统中的电压和电流波形发生了严重畸变。而随着国家“西电东送,南北互供,全国联网”能源发展战略的逐步实施,国内各大区域电网间将出现前所未有的远距离大容量输电格局，这也给我们电力系统带来了压力。随着西电东送线路和容量的增加，交直流并联运行系统的相互影响也越来越大。在直流输电系统中,谐波的交互作用不仅会通过换流器产生,也会通过整个交流网络形成。对于传统的单馈入直流输电系统来说，当直流输电容量相对于交流系统总容量而言不太大时，直流系统和交流系统问的相互作用和相应动态特性一般可以用现有的各种手段来进行控制。但对于大规模的多馈入直流输电系统来说，多条直流若同时与交流系统相互作用，由于直流总容量的比重大大加大，各条输电线路电压等级较高、输送功率较大且电气距离又比较近,可能造成巨大的冲击，以致于常规控制手段可能根本无法缓和这冲击。此时当交流系统或任一直流系统发生故障时,交、直流系统之间就会相互影响，从而对整个电网安全稳定性也产生影响。在单馈入直流输电系统研究中，常用短路比SCR表示交流系统的强弱，该值即为图l(a)中的交流系统等值导纳的标幺值。若考虑直流换流站交流侧母线的并联电容器的影响，通常采用有效短路比ESCR，其中，EscR的典型值范围为2(受端弱系统)到4(受端强系统)。对于多馈入直流输电系统来说，则可使用折算到各个直流子系统自身容量的ESCR来分析某一回直流线路和交流系统的相互作用，或采用公共的HVDC等值容量计算ESCR，以便进行相互比较。如图l(b)中的系统，可设容量比，则以HVDc-1的直流容量为基值时，。茶由上域述分伟析可不以看重出，坐单馈曾入系眼统和塑多馈秘入系牛统一披样，污交流嫩系统租的强霞度差肉不多祸都主拍要表搜现为脾换流花器接感入点柱处交玩流系蜂统的圣等效丧阻抗弹和交伯流系纠统自式身的睬机械挖惯性徐，这旧在很注大程亮度上泼会影蜻响高它压系短统的角交互苗作用倘。讯当多惨馈入脂直流龟输电尼系统恳发生揉故障米时，忌换流汽器换乳相失絮败后胆，将勾导致岭直流侵电压申下降扁、电伶流增掩大，耍若采居取的购协调浸控制晕措施林不当擦，还今会引残发后件继的流换相征失败抄，最丽终导跟致直闹流传耳输功风率的家中断年。栽当效这种顾故障挺发生匹在源送端开交流区电网芳时派,余整流纺侧谐沈波可淋能振某荡放汗大做,香发生阁谐波肝不稳堪定现吴象封,筝甚至场引起诞直流公输电稍系统柜单极角或双泄极闭恭锁碰,乡这时阿当地筑电网呼将承料受电闷网本犁身故万障和张直流瓣闭锁敬的双丈重冲懂击捕;舱而任袄一直充流线及路本英身故怨障必尚将导买致该睬直流荡单极瞒或双代极闭玩锁称,太对送若端电扭网以玩及其龟他几辛条直蒜流线乖路的蹲冲击垂也十够分巨猾大见,息此后潮虽然圣直流腾系统喜还有坝一个麻恢复宾过程惰,袖但俩这与您交流缘系统吸的运跟行状屑态也锋密切脸相关佩。拌交、归直流延网络达之间档存在千着动肝态的乌谐波滤相互坝作用哭,夺这取英决于兆换流况器侧伞交流五网络地的结敬构、拒运行悟条件锤、负瓦荷水案平等崖,狸可能鸟产生鲁极为怖不利女的谐行波交镰叉调铃制、糟谐波赵放大盘、谐场波谐货振或肺谐波谦不稳蓬定。称直流徐输电校引起泰的谐尸波不礼稳定茅性是浓指在郊换流酒站附永近有劲扰动爬时，章谐波提振荡喂不易汪衰减怨甚至潮放大摸的现过象，扇主要差表现喂为换杀流站岂母线垮电压俊严重筋畸变捞。绣总而更言之叨，交原、直京流侧涛电压渴、电鞋流通扭过换晃流站橡构成瞒一个归AC宫/D糊C间伤的非婶线性驾正反撕馈闭恒环并营互相为调制倍是谐馒波不茶稳定川的本迎质机询理。蚀发生还写谐略波不沙稳定选时，畏谐波寻电流旧增大战几倍邪甚至后几十梨倍，或对电凝力系顽统的辱危害椒是非真常严陷重的跑，特坑别对排换流昏电压因、电殖容和劲与其反串联睛的电驴抗等娇元件馅将形绕成很败大的名威胁貌，常雅常使讲其损鹿坏；洲而电寇压的卧畸变守则会裙导致屿直流壶输电康系统强的运旋行困稳难甚腐至系贴统闭羊锁。谱引起躬谐波用不稳乓定现宰象的辅因素焰有很搞多。腐在等泰间隔汗脉冲忽触发决方式砍、交赴流母嘉线电架压三瞒相对盾称、损换流月变压仪器三姨相参岸数对幼称条横件下鱼,眨引起涌谐波条不稳指定的暴因素叔主要伶为打:益①踢交兽/险直流溜侧谐陈振频昨率互更补铲;戴②桨换流凳变压武器铁揪芯饱淡和。喂谐波或互补罪谐振博是指墨:目当交晌流侧约的并父联谐污振频紧率与废直流猎侧的妹串联光谐振伍频率射之间奖满足翻下式赚时译,付谐波文不稳饿定就级可能惑发生拆。驾雄河式中统:暗k忙为自举然数光;舒p俊为换拖流器灵的脉厦动数领;屿f裹1余为交稻流系泛统基基波频资率。欠3.薯谐波未的不陆稳定立性棕HV翁DC垄输电均系统层的换炊流器否可理军解为与具有货电压钉、电附流转忠换功批能的她放大在调制吐器装,直鲜流网么络与泻交流张网络麦通过可换流佛器互屈相耦蚊合。斑因此央,悟交、怒直渗流网感络之分间存调在着着动态狂的谐沿波相瞧互作苏用雕,这蜜取决阀于换葵流器达侧交庙流网卡络的遵结构亦、独运行缺条件殃、去负荷寇水平露等胡,可牧能产倾生极爱为不汽利的饿谐波折交叉在调制逆、乓谐波兔放大雪、谐春波谐充振或爬谐波旅不稳谋定。良简言魔之斑,谐注波不屠稳定逝的发勒生过触程是唯交直豆流侧燃电压折、污电流铲通过轨换流蚕站非哈线性骗环节丝的互蔑相调仰制冷,构芦成了淋一个肯A应C/昌D馋C之没间的逼正反纤馈闭延环象,造喷成谐次波振麦荡放坦大响,最阻终导贴致换洗流站暂交流顽母线槐电压稻严重咳畸变锋。发饶生谐折波不赢稳定壳时肤,谐恰波电供流放屋大几哄倍甚巡至几只十倍腾,予对电劝力系志统的掉危害亩是非鸟常严谱重的雪,蹲而电花压的昆畸变架则会悬导致束H烫VD沟C输铜电系窑统运奏行困就难甚吴至系事统闭衬锁。兰引起免谐波悔不稳棵定现喘象的宇因素负有很啄多。隙在等厨间隔野脉冲寻触发模方式特、场交流栋母线奖电压耽三相悉对称从、扩换流防变压类器三酱相参浩数对次称条科件下绘,探引起药谐波恒不稳邪定的身因素延主要尾为:摩浇①抗交/损直流击侧谐西振频涉率互图补;怕限②槽换流撇变压拐器铁毁芯饱醋和。若4.仙谐波弄的危瞎害与迈治理猛4.馋1谐拦波的近危害俘谐波正污染好对电梢力系馅统的广危害分是严擦重的叫,主轧要表忠现在炸:久燕（1制）蛙污染牲公用役电网机村对供牵电线渗路来求说,牺由于答集肤灵效应饱和邻剂近效甩应,倍线路圣电阻细随着舟频率凝的增跪加会指很快六增加逢,在饰线路流中会锄有很朱大的筋电能钱浪费招。另醒外,盏在电赢力系杨统中炕,由贱于中锋性线眯电流严都很距小,的所以狡其线针径一披般都扩很细课,当塌大量夹的谐溪波电排流流接过中侵性线挨时,靠会在晌其上买产生邀大量龙的热温量,威不仅旨会破扬坏绝淘缘,概严重尘时还居会造予成短呜路。极甚至帝引起景火灾幼。而冤当谐勇波频溉率与今网络秀谐振氧频率殃相近卸或相妥同时幸,会寨在线肾路中许产生对很高糠的谐风振电罚压。座严重山时会贼使电禽力系煌统或佛用电批设备勇的绝狮缘击熔穿,唇造成乒恶性托事故面。如窝果公冈用电遣网的倾谐波捞特别久严重叨，则寒不但擦使接捧入该涨电网咐的设挂备（述电视陆机、凭计算目机等亡）无扮法正版常工票作，帜甚至渣会造壤成故沃障，扬而且隔还会厌造成句向公顾用电团网的虫中性颂线注替入更疗多电浸流，蚕造成导超载寸、发妥热，鹊影响枝电力佳正常项输送储州（2鱼）允对电勒力变钳压器洒的影商响际惧谐波劳电流吉的存菜在增拾加了策电力捏变压床器的缩磁滞争损耗国、涡刑流损昨耗及扁铜损阔,对放带有镰不对澡称负乘荷的惕变压姿器来巩说,鼻会大哪大增姜加励城磁电主流的救谐波扬分量北。谐狂波电横流，役特别倦是３旨次（烈及其继倍数烛）谐诵波侵锄入三谋角形雁连接澡的变位压器携，会德在其但绕组沙中形生成环汗流，搭使绕嗓组发咱热。才对Ｙ锹形连蝇接中禽性线遗接地事系统镰中，候侵入拌变压功器的算中性挂线的坛３次史谐波庸电流道会使榴中性格线发婚热。蒸瓜（3窑）垫对电分力电惊容器间的影碍响驻停由于元电容设器对土谐波患的阻价抗很到小,畅谐波大电流狭叠加身到基沿波电注流上滤,会胆使电杨力电历容器义中流夹过的尊电流萍有很巾大的民增加往,使堤电力配电容旁器的肾温升辛增高鼻,引直起电玉容器悼过负单荷甚疤至爆温炸。张同时题,谐茶波还到可能蔽与电姓容器愧一起太在电德网中总形成巷谐振竟,并讨又施脚加到蹄电网只中。妻笋游（4旱）摊对电复机的踪影响华狡身谐波棕会使裤电机浓的附芳加损熄耗增蓬加,准也会称产生稿机械寸震动外,产罚生甚拼至引炸起谐吵波过遵电压盟,使脚得电惨机绝舌缘损债坏。扑插督（5宏）控对继你电保传护和挥自动伴装置蝴的影屋响滑咏对于踪电磁叹式继爆电器愧来说我,电戏力谐腹波常盘会引掌起继渔电保题护以疾及自际动装处置的废误动妙作或隆拒动模,造铜成整欧个保舰护系淋统的膊可靠洞性降扑低,论容易双引起逆系统枪故障祸或使惜系统文故障圾扩大悼。如颂果继粉电保删护装逢置是部按基砌波负信序量盯整定鹅其整盛定值炕大小典，此嗓时，抱若谐教波干棕扰叠刃加到啄极低哭的整嘱定值尼上，格则可麻能会含引起削负序煌保护袜装置备的误德动作啊，影挣响电昂力系躁统安闭全。居（6田）们对通散信线息路产青生干阻扰。鹿抬宰在电喘力线恒路上代流过脸幅度愿较大改的奇忠次低迅频谐泥波电吉流时敲,通丹过电猜磁耦凯合,注会在返邻近敬电力链线路邀的通轨信线罗路中纪产生煎干扰懂电压凤。干罢扰通四信线质路的滚正常亡工作旦,使仍通话席清晰研度降皱低,罩甚至自会引挑起通收信线蜜路的添破坏智。耕痰（7刚）映对用据电设亦备的舌影响叛择贪电力葡谐波艘会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