电能质量分析与控制

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1、2022-12-1416波形畸变与电力谐波波形畸变与电力谐波 概述理想电力系统要求：单一频率，单一波形（正弦），若干电压等级的电能属性。现代电力电子装置的大量出现，非线性负荷的使用，供电电源与用电设备间的非线性接口电路等，都不可避免的产生很强的电流谐波及电磁干扰(EMI)，对电力系统的安全、优质、经济运行构成潜在的威胁，给周围电气环境带来极大的污染。负荷（整流、逆变）、系统（HVDC、SVC等）1993年7月，国家技术监督局正式颁布了(GB/T145491993)电能质量公用电网谐波本章主要内容：本章主要内容：波形畸变的基本概念、危害、典型谐波源、谐波放大、标准。波形畸变的基本概念、危害、典型

2、谐波源、谐波放大、标准。2022-12-1426波形畸变与电力谐波波形畸变与电力谐波6.2 波形畸变的基本概念 非线性负荷引起电流波形的畸变，一般畸变波形是周期的，属于谐波范畴。畸变电流流经系统时，在系统阻抗上产生压降，从而产生电压畸变。2022-12-1436波形畸变与电力谐波波形畸变与电力谐波一、几个概念：一、几个概念：o谐波：谐波：基波频率的整数倍。o间谐波和次谐波：间谐波和次谐波：有些用电负荷会出现非工频频率整数倍的周期性电流的波动，又称为分数谐波，或称为间谐波。频率低于工频的间谐波又称为次谐波。o谐波和暂态现象：谐波和暂态现象：暂态和谐波是两个完全不同的现象，它们的分析方法也是不同的

3、。暂态过程高频分量与系统的基波频率无关。o短时间谐波：短时间谐波：对于短时间的冲击电流（变压器空载合闸），将包含短时间的谐波和间谐波电流，称为短时间的谐波电流或快速变化谐波电流，应与电力系统稳态和准稳态谐波区别开来。o陷波：陷波：换流装置在换相时，会导致电压波形出现陷波或称换相缺口，不属于谐波范畴。2022-12-1446波形畸变与电力谐波波形畸变与电力谐波二、均方根值和总谐波畸变率均方根值h次谐波电流（电压）的含有率次谐波电流（电压）的含有率 电流（电压）总畸变率电流（电压）总畸变率 总畸变率描述电流时的局限性 222102)(1hMhTIIdttiTI221100%MhhIITHDI11(

4、)2sin()Mhhhi tIht%100I1IIHRhh2022-12-1456波形畸变与电力谐波波形畸变与电力谐波三、非正弦电路的功率和功率因数1、正弦电压、电流无功功率物理意义为能量互换的最大规模，并不消耗电能 2、非正弦电压、电流仅同频率的电压和电流才能构成有功功率，不同频率的电压和电流不构成有功功率 定义无功Qf没有正弦波情况下能量交换的最大量度等明确的物理意义，某谐波可能出现感性无功功率，而另一次谐波可能出现容性无功功率，不同频率的无功相加本身无意义。cossinPUIQUIhhhhTIUuidtTPcos10hhhhfIUQsin2022-12-1466波形畸变与电力谐波波形畸变

5、与电力谐波定义视在功率：定义畸变功率 一般实际情况：电压畸变小，可考虑成正弦信号，有功率因数 可见：功率因数受两方面影响功率因数受两方面影响：相移功率因数，即基频电压、电流的相位差：电流的基波分量所占比例，即电流畸变程度：)(22hhhhIUUIS)(222fQPSD11111cossinPUIQUI121111cos11coscosITHDIIUIUISPPF1cos1/II2022-12-1476波形畸变与电力谐波波形畸变与电力谐波四、三相电路中的谐波o当h=3k+1（k=,）时，三相电压谐波的相序都与基波的相序相同，即1、4、7、10等次谐波都为正序性谐波。当h=3k+2时，三相电压谐波

6、的相序都与基波的相序相反，即、11等次谐波都为负序性谐波。1.当h=3k+3时，三相电压谐波的相序都有相同的相位，即、1等次谐波都为零序性谐波。)sin(21hhahthUu)120sin(21hthUuhhbh)120sin(21hthUuhhch2022-12-1486波形畸变与电力谐波波形畸变与电力谐波供用电系统典型谐波源非线性特性的用电设备是系统中产生谐波的主要原因谐波电流含量基本决定于它本身的特性和工作状况以及施加给它的电压，而与电力系统的参数关系不大，因此常被看作谐波恒流源。一、磁饱和装置铁芯的非线性化磁化特性引起谐波。各种铁芯设备,如变压器、电抗器、电机等。2022-12-149

7、6波形畸变与电力谐波波形畸变与电力谐波二、整流装置AC/DC整流器、DC/AC逆变器以及变频设备等。1.单相全控桥式整流器单相全控桥式整流器1）直流侧电感足够大，电流波形是连续的交变方波，正负半周的波形完全相同，幅值相等。谐波含有率1/h。111411()(sinsin3sinh)3dIi tttth2022-12-14106波形畸变与电力谐波波形畸变与电力谐波2）直流侧电感量不够大，则电流将出现断续。3）当负载为蓄电池、直流电动机等带有反电动势负荷时。2022-12-14116波形畸变与电力谐波波形畸变与电力谐波2.三相全控桥式整流器三相全控桥式整流器（1）控制角为零时电流为波宽120o的缺

8、口矩形波，缺口宽度为 60o。谐波含有率1/h。电压、基波电流同相，整流器无功=0111112 31111()(sinsin5sin7sin11sin13)571113daIi tttttt12/6/0035.16331UUdtudtuTUabTdd2022-12-14126波形畸变与电力谐波波形畸变与电力谐波（2）控制角不为零时电流为波宽120o的缺口矩形波，缺口宽度为 60o。谐波含有率1/h。基波电流相位落后电压，功率因数Ih，系统谐波电流放大IchIh，电容器谐波电流放大Ish，IchIh，谐波严重放大1hXhX1cchXXh2022-12-1423为防止出现谐波谐振的可能，常在电容器

9、上配置一定的电抗器，设分别是以 为基值的系统电抗率和电抗器电抗率 6波形畸变与电力谐波波形畸变与电力谐波sCKCsXXkXXCXhChhCKsshChKhshChIIhXhXhXhXIXXXIhshhcKsCKhshshshIIhXhXhXhXhXIXXI21 hkssIIhChCh2211hkshkIIhshsh2022-12-14246波形畸变与电力谐波波形畸变与电力谐波o谐振状态，并联谐振o电容器全谐振，串联谐振o第一临界状态，电容支路呈容性o第二临界状态，电容支路呈感性01hsk1khk112hsk212hsk2022-12-14256波形畸变与电力谐波波形畸变与电力谐波三次谐波问题并

10、联电容器后，对三次谐波有放大作用，应引起注意电阻性负荷的作用起阻尼作用，一般线路的电阻可有效抑制谐振的发生2022-12-14266波形畸变与电力谐波波形畸变与电力谐波电容器与串联电抗器的电压和电流电容器与串联电抗器的电压和电流一、无功功率补偿引起的母线电压升高 Xd、Sd为母线短路阻抗、短路容量。二、电容器与串联电抗器的电压和电流设电容器与串联电抗器的基波电抗分别为Xc和Xk，母线、电容器和电抗器的基波电压分别为U1、Uc1和Uk1，电容器的基波电流为I1，有：1111112111CKCCKKCUIXXUI XUI XUQXk2221122222112211221122111111 ChCC

11、ChChhhKKKhKhhhMCCChhhMKKKhKhhhUUUUHRIhUUUUhHRIUUUUHRIhUUUUhHRIdNcNdCSUQUXQU2022-12-14276波形畸变与电力谐波波形畸变与电力谐波谐波电压限值与电流允许值谐波电压限值与电流允许值1.不同谐波源的谐波叠加计算采用概率统计分析结果，如表所示hjhihhjhihAAKAAM22h35711139,13,偶次Kh1.621.280.720.180.0802022-12-14286波形畸变与电力谐波波形畸变与电力谐波2.低压配电系统电压总谐波畸变率允许值。低压配电系统的电压总谐波畸变率允许值为5%3.各级电网谐波电压含有率允许值4.用户注入配电系统的谐波电流允许值