波形畸变与电力谐波.ppt

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1、电能质量专题讲座波形畸变与电力谐波徐永海华北电力大学电气与电子工程学院电能质量研究所1内容提要一、概述二、波形畸变的基本概念三、供用电系统与城市电网典型谐波源四、谐波的影响和危害五、谐波谐振与放大六、电力系统谐波抑制与无功功率补偿七、无源与有源混合补偿技术2一、概述1.理想电力系统电能形态（输送功率）的特点众所周知，理想电力系统应以单一频率(工频50Hz、60Hz）、单一波形（正余弦函数sin，cos），若干电压等级（高、中、低压等）的电能形态运行。由于系统电路元件的线性特性所决定，其中以单一波形，即期望的正弦函数形

2、式为最优。研究认为，当电压、电流为同样波形、同频同相位时为能量传输的最高效率模式，这同样也是电力产品生产、输送、转换所追求的最佳电能形态。32.现代电力系统——强调功率处理与控制的能力现代电力系统对电能形态提出了新的要求：一、以适合于用电负荷需要的最佳电能形态提供电力，满足用户对不同频率、电压、电流、波形及相数的要求，顺应生产与产品多样性、个性化、高效益的发展趋势。二、随着超大容量的电力电子装置的实用化，现代电力系统正试图将其快速、实时与可控性应用于电网的电能输送与分配，达到可靠稳定，高效经济运行的目的。（如动态无功

3、补偿(SVC,STATCOM)、有源电力滤波(APF)、可控移相装置和统一潮流控制(UPFC)等独具电力领域特色的关键应用）一、概述4近年来，电力电子技术领域的发展异常迅猛，主要原因有以下两点：1).做为高新技术蓬勃发展的基础和先导，功率半导体制造技术的进步使得开关器件的功率处理能力和切换速度有了显著的提高，电力电子装置的市场在不断扩大。2).微电子技术和计算机技术的革命性进步使电力电子装置控制器的性能有了很大进展；一、概述5但是，作为供电电源与用电设备间的非线性接口电路，在完成（实现）功率控制和处理的同时，所有电力

4、电子装置都不可避免地产生非正弦波形，向电网注入谐波电流，使公共连接点(PCC)的电压波形严重畸变，产生很强的电磁干扰(EMI)。并且随着功率变换装置容量的不断增大、使用数量的迅速上升和控制方式的多样性等，电力电子装置潜在的负作用会日益突出。电力谐波及其危害已成为现代电力系统的一大重要问题。一、概述63.电力系统谐波问题的提出3.1代表性的研究工作从电力工业发展历史来看，电力系统波形畸变问题早在20世纪20年代就已被一些专家所关注，并有相应的论著发表。1945年有了谐波的经典论文(付氏分析做为谐波计算的基础)。但是其影

5、响与推动远未与实际需求相吻合。70年代初，美国的Kimbark教授从HVDC的研究出发，理论性、权威性地分析了电力系统谐波问题。IEEE也从电力系统谐波工作组报告为始，正式将其列为专门学术问题，有组织地加以研究，并且于八十年代（’86）开始每2年召开一次世界性会议并出版论文集。一、概述73.2一门新兴的跨学科研究方向由于谐波问题逐渐被人们认识和了解，从其产生的原因，分析计算的方法，危害与影响的机理，测量与仿真标准的制定，综合治理的实施等方面的探索在不断深入，人们发现电力系统谐波做为电工学科的一个分支技术，还广泛渗透和

6、交叉在其它相关学科领域中，是一门新兴的跨学科的尚待加强的重点研究方向，它涉及到：电力系统及其运行，负荷模型，信号分析与处理，通讯技术，电力电子学，电机学、电磁兼容性以及质量管理和控制等等许多方面。一、概述83.3谐波问题研究方向谐波研究是电工学科领域的重大课题。它在电力电子技术、电力系统运行分析中占有十分重要的地位，又是理论电工中一个基础性的课题。成为电工学科最活跃的研究领域之一。谐波研究大体可分为4个方向：◆非正弦条件下功率定义和功率理论研究◆谐波源分析及电力系统谐波分析；◆谐波抑制和补偿装置研制◆谐波测量与谐波标

7、准制定一、概述94.从世界性的能源和环境角度来认识电力系统谐波研究工作的重要性和必要性近年来，全世界科技界普遍关注着被称为世界性的两大问题，即能源（降损节能、合理开发和应用）,环境（环保意识、环境改善与治理）。绿色（洁净环境，食品，电源…….）一、概述10电力工业是一个生产最佳能源产品（电力的生产、输送、分配、转换同时进行〕的大系统。在电力工业中，能源的节约、合理开发和有效使用表现的极为突出和具体。如何科学地，符合用电负荷需求来进行有效能量转换，已成为当今电力系统日益关注的话题。一、概述11原有的传统电能形态（单一频

8、率，单一波形，若干电压等级），在电能的合理、经济使用上受到了很大的约束和限制（甚至浪费）。现代电力系统借助功率处理手段改变电能形态，在合理使用能源上的作用已越来越多地被人们所认识。例如，充分地开发频率资源，使原来依靠机械方式变换旋转电机转速（低效率）的过程，通过变频调速得以灵活迅速的变化；再如，利用高频开关电路实现的开关直流电源，使所消耗的铁磁