课程5-电力谐波-967006111

1电能质量基础电力谐波用一组正弦波表示方波23傅立叶级数：任何周期函数都可以用正弦函数和余弦函数构成的无穷级数来表示4傅立叶变换50Hz(1次）150Hz(3次）250Hz(5次）350Hz(7次）450Hz(9次）550Hz(11次）650Hz(13次）傅立叶分解合成从时域转到频域011()cos()nnnftccnt傅立叶级数谐波的定义一般定义一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍GB/T14549-1993谐波的定义对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到的频率为基波频率大于1整数倍的分量56谐波的定义50Hz(1次）150Hz(3次）250Hz(5次）350Hz(7次）450Hz(9次）550Hz(11次）650Hz(13次）傅立叶分解合成011()cos()nnnftccnt基波谐波次数谐波频率与基波频率的整数比波形正负半波对称－只产生奇次谐波例外情况：半波整流、电弧炉在电力系统当中，高次谐波(例如50次以上）通常较少考虑例外情况：谐振谐波与暂态现象同属波形畸变但一般认为暂态现象和陷波现象不属于谐波范畴7暂态电压陷波陷波8谐波的指标定义50Hz(1次）150Hz(3次）250Hz(5次）350Hz(7次）450Hz(9次）550Hz(11次）650Hz(13次）傅立叶分解合成1U3U5U7U9U11U第n次谐波含有率（单次谐波畸变度）谐波含量总谐波畸变度1100%nnUDU22()HnnUU2211()nnHUUTHDUUTHD的意义谐波含量的相对大小910国家电能质量标准标准编号标准名称GB12325-2008电能质量供电电压偏差GB/T15945-2008电能质量电力系统频率偏差GB/T15543-2008电能质量三相电压不平衡GB/T12326-2008电能质量电压波动和闪变GB/T14549-1993电能质量公用电网谐波GB/T24337-2009电能质量公用电网间谐波GB/T18481-2001电能质量暂时过电压和瞬态过电压确定原则:“谁干扰，谁污染，谁治理”迄今为止，已经制定并修订的系列电能质量标准谐波标准公用电网谐波GB/T14549-199311IEEE-519电压谐波畸变推荐值12公共耦合点处的电压水平单次谐波畸变Dn（%）总谐波畸变率THD（%）69kV及以下3.05.069kV~138kV1.52.5138kV及以上1.01.5IEC推荐的高压网电磁兼容水平(35kV)13非3的倍数次奇次谐波3的倍数次奇次谐波偶次谐波谐波次数n电压畸变率(%)谐波次数n电压畸变率(%)谐波次数n电压畸变率(%)52.032.021.572.091.041.0111.5150.360.5131.5210.280.4171.021以上0.2100.4191.0120.2230.712以上0.2250.7大于250.2+25/2n非正弦波形的有效值14()inhI201()TIitdtT()it211()NnIinN21hhII非正弦电路的功率有功功率的定义无功功率的定义15011dcosTnnnnPuitUIT1sinfnnnnQUIQf的物理意义？不同频率的电压和电流之间是否能够产生有功功率？非正弦电路的功率非正弦波形的有效值视在功率的定义1621nnII21nnUU2211nnnnSUIUI222?fSPQ非正弦电路的功率和功率因数功率立方体畸变功率功率因数172222fSPQD222cosfPPQD假定电压不含谐波时的功率计算有功功率无功功率视在功率畸变功率1811cosPUI111sinfQQUI222212nnSUIUIUI222nnDUI19谐波电流和谐波电压谐波电流：主要为终端用户负荷引起负荷母线的畸变电压：谐波电流流过线路阻抗引起谐波治理责任(IEEEStandard519-1992)用户责任：控制注入电网的谐波电流电力公司责任：在用户注入电网的谐波电流合格的前提下，控制线路的阻抗水平20谐波电流的产生大部分情况下，用电设备的非线性是谐波电流产生的主要原因大部分情况下，用电设备的非线性是谐波电流产生的主要原因变压器的非线性整流器和整流设备UPS电源设备空调办公设备计算机、复印机、打印机传真机、影视设备等电梯、电子式照明设备电机设备、变频设备……变压器和电抗器的饱和变压器励磁电流曲线2122不同类型设备的谐波特点随着电子技术的发展，电网中非线性负载呈逐渐增加的趋势，非线性负载在工作时向市电反馈高次谐波，导致供电系统的电压、电流波形畸变，进而导致与电网相联的其它负载产生更多的谐波电流，电压畸变的程度取决于谐波电流的频率和幅值。开关电源变频调速器充电器荧光灯23不同类型设备的谐波特点－变流设备整流器、逆变器、变频器等各种电力变流设备采用移相控制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显然在留下部分中含有大量的谐波电网还必须向这类负荷产生的谐波提供额外的电能。开关电源负载整流充电器变频调速器UPS整流器24开关电源开关25开关电源的电流和电压波形典型无PFC的开关电源结构框图（低档PC和服务器用）26开关电源电压、电流波形不带PFC（PC、网关、LED等）带PFC（小型机、磁盘阵列、带PFC的服务器、通信电源等）27常见设备的谐波含量艾默生开关电源1200A系统HD48100-2相位ABC有效值39.2A43.8A42.3ATHD(%)78%71.8%76.3%3次8.8%6.50%17.3%5次64.5%59.4%62.5%7次41.2%38.5%40.7%11次9.2%5.0%6.4%13次5.5%6.4%5.8%洲际DMA10-48/100S1000系统相位ABC有效值52.8A56.9A57.4ATHD(%)51.6%47.6%51.2%5次46%42.5%45.2%7次20.6%19%20.7%11次4.0%3.2%4.0%13次4.6%5.3%5.6%28通信机房开关电源谐波测试分析联通宁波分公司测试报告29整流器类型对谐波的影响306脉波整流电网电流的FFT展开电网电流中含有6k±1次谐波（5，7，11，13，17…)3112脉冲整流电网电流的FFT展开：两个整流桥的5，7，17，19次等谐波相互抵消电网电流中只含有12k±1次谐波（11，13，25…)326脉冲和12脉冲整流的谐波电流理论计算值和实测值33西安电信分公司重要机房UPS系统谐波调查数据34电梯、空调通用变频器所带来的谐波（变频空调、变频电梯）35变频电机吸收的电流波形变频电机的电流波形－含大量5、7次等谐波！360101dc2Vdc2Vdc()V(0)SPWM脉冲输出电压电压源换流器的谐波从PWM角度看VSC工作原理载波频率fc：三角载波频率三角载波参考波参考波频率f1载波比：fc/f1dc2Vdc2V37PWM在频域方面的意义基波载波频带fs载波频带2fs载波频带3fs边带谐波傅立叶分解得到频谱…