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专题读书报告《电力系统谐波》电气工程学院XXXXXXXXXXXXXXXXXXX谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量,一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解,其余大于基波频率的电流产生的电量。谐波可能会导致线路中出现串联谐振或并联谐振,从而导致线路中出现过电压或过电流,对电力系统带来不利影响。对多谐波源不平衡系统,当谐波源位于不同相时,注入系统的谐波含量会部分抵消。当无源滤波器与非线性负载位于相同变电所同一相时具有最好的滤波效果。当滤波器与谐波不同相时,对谐波会不同程度的放大。根据谐波频率的不同,可以把谐波分为:奇次谐波,偶次谐波和分量谐波。额定频率为基波频率奇数倍的谐波,被称为奇数谐波。额定频率是基波频率偶数倍的谐波,被称为偶次谐波。频率为基波非整数倍的分量称为间谐波。在进行谐波分析时,常用一些特征量来表示畸变波形偏离正弦波形的程度,最常用的特征量有谐波含量、电压总谐波畸变率和n次谐波的含有率等。谐波含量。所谓谐波含量是指各次谐波平方和的平方根,分为谐波电压含量和谐波电流含量。谐波电压含量HU可表示为22HnnUU谐波电流含量HI可表示为22HnnII式中:nU,nI分别为第n次谐波的电压和电流的有效值。总谐波畸变率。谐波含量与基波分量比值的百分数成为称为总谐波基畸变率,用THD表示。据此可得:电压总谐波畸变率为1100%HUUTHDU电压总谐波畸变率为1100%HIITHDI式中:1U,1I分别为基波电压和基波电流的有效值。谐波含有率。为了抑制或补偿某次谐波,在工程上往往要求给出畸变周期量中某次谐波的含有量,通常以某次谐波的有效值与基波的有效值的比值来表示,称为谐波含有率,记为HR.据此可得第n次谐波电压含有率为1100%nnUHRUU第n次谐波电流含有率为1100%nnIHRII根据有功功率的定义,并考虑到三角函数的正交性质,可以得到含有谐波时电力系统的平均有功功率为01()()cosTnnnnnnPutitdtUIPT式中:n为n次谐波电流落后与n次谐波电压的相位角,它的数值可以落在任意象限之内,当n在第一、四象限时,nP为正,表示负荷吸收有功功率;当n在第二、三象限时,nP为负,表示负荷发出有功功率,成为谐波源。含有谐波时的视在功率,可表示为2211NMnnnnSUI于是,可得到含有谐波时的功率因数22cosPPSPQ非线性负荷和设备可以在正弦电压下产生非正弦电流或者在正弦供电电流下产生非正弦电压,形成电力系统中的谐波源。谐波源大致可分成以下两种。一、含电弧和铁磁非线性设备的谐波源这类谐波源包括交流电弧炉、交流电焊机、日光灯以及发电机、变压器和铁磁谐振设备等。其中电弧炉形成的谐波在这类谐波中占有很大的比例。电弧的伏安特性具有高度的非线性,再加电弧的长度受电磁力、对流气流、电极移动以及炉料在融化过程中的崩落和滑动等多种因素的影响,电弧电流的变化量是很不规则的,因而会出现一系列的谐波,称为主要的谐波源。二、整流和换流电子器件所形成的谐波源随着电力电子技术的发展,晶闸管整流和变频装置在包括电力工业自身在内的现代工业企业和运输部门中得到了广泛的应用,成为产生谐波的主要设备。例如高压直流输电的大容量整流和逆变装置,电力机车、光伏发电系统和冶金、化工、矿山部门中大量使用的晶闸管整流设备以及风力发电系统和水泵、电梯等设备中大量使用的变频调速装置等。像发电厂的烟尘会对周围空气产生污染那样,电力系统中的谐波会对电网的运行环境产生严重污染,从而影响到电能质量,增加电能损耗,甚至危害电气设备和电力系统的安全运行。其主要危害有以下几点。①谐波使得旋转电机附加损耗增加、有效输出功率降低、绝缘老化加速。谐波电流与基波磁场间的相互作用引起的振荡力矩严重时能使发电机产生机械共振,使汽轮机叶片疲劳损坏。当谐波电流在三相感应电动机内产生的附加旋转磁场与基波旋转磁场与基波旋转磁场相反时,将降低电动机的效率,使电动机过热。在直流电机中,谐波除附加发热外,还会引起换相恶化和噪声。②谐波电流流入变压器时,将因集肤效应和邻近效应,在变压器绕组中引起附加铜损耗。谐波电压可使变压器的磁滞及涡流损耗增加。3次谐波及其倍数的谐波在变压器三角形接法的绕组中形成的环流会使变压器绕组过热。此外谐波还会使变压器的噪声增大,使绝缘材料中的电场强度增大,缩短变压器的使用寿命。③谐波电压作用在对频率敏感(频率越高,电抗越降低)的电容元件上,例如电容器和电缆等,会使之严重过电流,导致发热,介质老化,甚至损坏。④高次谐波电流流过串联电抗器时,会在串联电抗器上形成过高的压降,使电抗器的匝间绝缘受损。⑤谐波电流流过输电线(包括电缆)时,输电线的电阻会因集肤效应而增大,加大了线路的损耗。谐波电压的存在可能使导线的对地电压和相间电压增大,使线路的绝缘受到影响,或使线路的电晕问题变得严重起来。⑥谐波电压和谐波电流将对电工仪表的测量准确性产生影响。过大的高次谐波电流流入电流表,可能烧坏电流线圈;频率过高(达到1000Hz以上)时,电能表可能停转。⑦供电线路(尤其是电力机车2.5kV接触网)中存在的高次谐波所产生的静电感应和电磁感应会对与之平行的通信线路产生声频干扰,影响到通信质量。⑧谐波侵入电网,有可能会引起电力系统中继电保护的误动作,影响到电力系统的安全运行,也可能对使用中的电子设备产生影响,出现诸如使电视机的图像“翻滚”、使计算机的运行出错、使测量仪表失准等故障。减少或抑制电力系统谐波,尽可能地减少其危害,提高电压电流波形质量,已经成为电力工作者的一项重要任务。抑制谐波的方法可分为预防性和补救性两类。预防性方法是指减少或避免谐波及其后果出现的方法,其具体措施有:①增加电力变流器的脉冲数来削弱谐波。②用变压器绕组的三角形连接来隔断由发电机和变压器产生的3n次谐波进入电力系统。另外,通过降压变压器出力和加大中性线导线规格也是一种暂时的解决方案。③同步发电机用短距线圈和分布绕组来减小谐波。此外,在同步发电机的极靴中采用阻尼绕组能够减弱脉动磁场的影响,绕组槽上采用铁磁性槽楔可以减少齿谐波。④制定谐波管理制度。补救方法是指为克服既存谐波问题所采用的方法,其具体措施有两种。①改变电容器组的安装位置或调整电容器组的无功输出功率。通过增加串联电抗器和电阻器,电容器可进一步用来滤除某特定次谐波。②在谐波源附近安装电力滤波器。参考文献:[1]电气工程基础(第二版),陈慈萱等编著,中国电力出版社[2]电气工程基础(第二版),熊信银等编著,华中科技大学出版社[3]百度百科,百度文库[4]三相不平衡系统谐波传输特性及其抑制,王科
本文标题:02专题读书报告
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