波形畸变与电力谐波

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1、6.1概述谐波属于电能质量体系中波形质量问题，也是电能质量体系中研究最多的问题。86年起，IEEE两年一次学术会议，96年称电力谐波与电能质量学术会，……。国内84年和93年相继颁布部标和国家标准。85和88年国外、国内出版第一部专著，98年改为供电系统谐波。谐波是非线性用电设备产生的，这些用电设备向电网注入谐波电流，使电网PCC点电压波形发生严重畸变。因此谐波主要是供电系统的问题。电力电子装置等非线性设备对现实需求发挥了重要作用，但也对系统安全、优质、经济运行带来了危害，谐波的分析、评估、治理成为解决的课题。第六章波形畸变与电力谐波6.2波形畸变的概念一、波形畸变在非线性

2、电阻上加理想正弦电压，但流过的电流是非正弦的，电流波形发生畸变。因此，非线性设备是电力系统谐波源。图6-2表明畸变波形可用正弦波形的和表示。6.2波形畸变的基本概念一、波形畸变谐波定义：谐波是周期性电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。谐波性质：1）谐波次数h必须为正整数；2）间谐波和次谐波不属于高次谐波；3）谐波是稳态、连续现象；暂态过程的波形畸变和陷波都不属于高次谐波范畴；4）短时间谐波也不属于稳态谐波范畴。二、有效值和总谐波畸变率负荷产生的谐波电流引起PCC点电压畸变，电压畸变程度取决于系统阻抗和谐波电流。二、畸变波形有效值和总谐波畸变率频域内畸变电压和电流可

3、分解为傅里叶级数有效值：畸变波形峰值与有效值间的关系：1）畸变波形峰值与有效值不存在倍的关系，但各次谐波存在。2）畸变波形有效值与各次谐波分量初相角无关。初相角影响波形。二、畸变波形有效值和总谐波畸变率畸变波形的畸变指标：谐波含有率和总谐波畸变率。谐波含有率指某次谐波分量的大小；总谐波畸变率指畸变波形偏离正弦波形的程度。表达式如下电流、电压总谐波畸变率：谐波电流、电压含有率：提高供电系统电能质量，对谐波进行综合治理，防止谐波造成的危害，就是要把谐波含有率和总谐波畸变率限制到国家标准规定的允许范围之内。三、非正弦电路的功率和功率因数1、正弦电路的功率和功率因数有功功率：功率因

4、数：无功功率：说明：非正弦条件下的无功功率没有明确物理意义，式中各次谐波无功功率互相抵消现象与实际不符。2、非正弦电路的功率和功率因数有功功率：说明：同频率的电压和电流才构成有功功率。仿照上式定义无功功率：三、非正弦电路的功率和功率因数视在功率：说明：S、P、Q之间不保持直角三角形关系，且比较可知，差值称为畸变功率D：畸变功率：假定电压波形为正弦函数变化，可推出：，功率因数：说明：功率因数与移相功率因数和电流畸变率有关。四、三相电路中的谐波三相对称正弦电路三相电压互差1200，三相对称非正弦电压也符合这种关系：分析：1）当h=3k+1时，三相谐波电压相序与基波相序相同，即第

5、1、4、7、10等次谐波都为正序性谐波；2）当h=3k+2时，三相谐波电压相序与基波相序相反，即第2、5、8、11等次谐波都为负序性谐波。3）当h=3k+3时，三相谐波电压相位相同，即第3、6、9、12等次谐波都为零序性谐波。6.3典型谐波源分析谐波源指系统中产生谐波的非线性用电设备。按非线性特性分类包括铁磁饱和型、电子开关型和电弧型三类。一、磁饱和型设备（变压器、电抗器等）1、铁芯设备谐波电流特点2）中性点接地变压器含有大量3及3倍次谐波电流；3）有角形绕组变压器线电流中无三倍次频谐电流。1）i0为尖顶波，含有3、5、7等奇次谐波电流；2）谐波大小与电压有关，U高、i0大

6、，谐波大。2、变压器中的谐波电流1）配电变谐波问题突出；二、整流装置的谐波（影响最大的谐波源）1、单相全控桥式整流（不分析整流原理，只分析谐波）结论：理想单相全控桥式整流交流侧电流为连续周期方波，只含有2K±1次谐波电流，不含直流和偶次谐波分量。若直流侧电感量不够大，负载电流波形将出现间断。二、整流装置的谐波结论：理想三相全控桥式整流交流侧各相电流为断续周期方波，只含有6K±1次谐波电流。2、三相全控桥式整流二、整流装置的谐波理想6相桥式整流直流侧的波头脉动数P=12。结论：理想6相桥式整流交流侧各相电流为连续周期梯形波，含有12K±1次谐波电流。下面讲述整流装置的特征谐波

7、和非特征谐波。3、6相桥式整流可采用Y/y12和Y/d11接线的整流变压器组成6相桥式整流电路。单相电路如图所示。图a谐波电流同6-29式，图b谐波电流为6-53式，图c为两者结合构成的6相桥式整流电路。4、整流装置的特征谐波和非特征谐波1）特征谐波—整流装置在理想情况下产生的谐波。整流装置交流侧为谐波电流源，特征谐波h=KP±1；整流装置直流侧为谐波电压源，特征谐波h=KP。例如：单相全波，P=2，产生1、3、5、7……次谐波；三相半波，P=3，产生2、4、6、8……次谐波；三相全波，P=6，产生5、7、11、1