电力系统谐波检测及治理-电气工程;电力电子与电力传动专业论文.docxVIP

华北电力大学硕士学位论文 华北电力大学硕士学位论文 - - 第 1 章 绪 论 1.1 课题研究背景及意义 在理想的情况下，电力供应应该总是为每个客户提供完美的正弦电压。但 是由于一些原因，供电企业很难保持这种理想的状态，实际的电压和电流波形 总是与标准的正弦波存在偏离。近年来，随着经济的快速发展，各种电力电子 负荷日益增多，导致电网中的谐波污染也越来越严重。另外，用户对供电质量 也提出了更高的要求。世界许多国家都制定了相应的标准来限制谐波。国际电 工委员会和相关部门都成立了专门的工作组来制定各种用电设备的谐波标准。 因此，抑制谐波和提高功率因数已成为电力电子技术和电力系统研究领域所面 临的一个重要课题，受到越来越多的关注。在发达国家，对谐波抑制和无功补 偿方面的研究已经进行了很多年并取得了很大的成就；在我国，特别是混合型 有源滤波器的研究才刚刚起步，很多问题有待深入研究。因此，谐波治理的研 究具有十分重要的指导和实际意义[1]。 1.1.1 谐波的相关定义 在供用电系统中，当正弦波电压施加在非线性负荷上时，电流就会变成非 正弦波；反过来，非正弦的电流通过电网阻抗时产生压降，也使电压的波形变 为非正弦波。目前，在国际上认同的谐波定义描述为[2]：“在一个周期的电气量 中，频率大于 1 的整数倍的基波频率的正弦波分量。” 评价谐波的特性时，一般不是得出各次谐波的幅值和相位，而是常用下面 两个概念[3]: 一个是第 n 次谐波的含有率，另一个是所含谐波的总畸变率，分别 有以下定义: 第 n 次谐波电压的含有率 HRUn ( Harmonic Ratio Un) 可定义为： HRUn  = Un × 100% U1  ( 1-1) 式中 Un 表示第 n 次谐波电压的有效值（方均根值）；U1 为基波电压的有效值。 第 n 次谐波电流的含有率 HRIn 可定义为： HRIn  = In × 100% I1  ( 1-2) 式中 In 为第 n 次谐波电流的有效值； I1 为基波电流的有效值。 假设电网系统中电压的谐波含量和电流的谐波含量分别定义为： U H = ∞ 2∑Un 2 n=2  ( 1-3a) IH = ∞ 2∑ In 2 n=2  ( 1-3b) 则电压的谐波总畸变率 THDU 和电流的谐波总畸变率 THDI 可分别定义为： THDU THDI  = U H × 100% U1 = IH × 100% I1  ( 1-4a) ( 1-4b) 1.1.2 谐波的危害及治理 近年来，电力电子设备的迅速增长使谐波在电网中的危害性也急剧增大。 谐波的增加对电网系统和其他系统的危害主要表现为下面几个方面[3,5,6]： （1）谐波的增大使电网系统中的设备产生附加的损耗，降低了电力系统中 发电、输电等环节和用电设备的使用效率。 （2）谐波的增大会扰动电气设备的正常工作。尤其是对旋转电机，首先是 引起附加损耗和局部过热；其次是导致机械振动和谐波过电压。 （3）谐波的增大会导致继电保护的误动作，并使计量装置产生测量误差。 （4）谐波的增大使附近的通信系统发生扰动，降低通讯质量。 （5）谐波会引起公用电网中局部的谐振，从而使谐波放大。 如何解决谐波带来的危害，维持电力运行的稳定性已成为人们研究的热点。 从治理谐波的不同角度入手可以把治理谐波分为两种方式：一是以谐波源为出 发点，降低谐波源所造成的谐波称之为主动治理。另一方面是从安装谐波治理 装置入手抑制谐波进入电力系统称之为被动治理。 主动治理主要有以下几种[5]： a）增加变流器的相数和脉动数。如多脉整流技术。 b）改变谐波源的配置或工作方式，使具有谐波互补性的设备集中安置。 c）采用多重化技术得到与正弦波接近的阶梯波。 d）谐波叠加注入。 e）采用 PWM 技术可以使波形接近正弦波。 f）设计高功率因数的变流器。如矩阵式变频器等。 被动治理主要有以下几种： a）使用无源滤波器 PF( Passive Filter) 。在 PCC 节点安装 PF 可以有效治理 谐波和补偿无功。 b）使用有源滤波器 APF( Active Power Filter) 。在 PCC 节点安装 APF 可以 动态的治理谐波。 c）采用混合型有源电力滤波器 HAPF( Hybrid Active Power Filter) 。HAPF 同时吸取了 PF 和 APF 的优点可以很好的达到滤除谐波和补偿无功的目的。 1.1.3 谐波检测方法的研究现状 对于谐波治理和无功补偿设备而言，对谐波和无功分量快速而准确的检测 在很大程度上决定了设备的工作性能。随着电子技术和计算机的快速发展，谐 波和无功分量的检测已逐渐实现了从模拟电路方法到数字检测方法的过渡。目 前，常用的谐波和无功分量的检测