谐波抑制和无功补偿.doc

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1、绪论电能质量的好坏，直接影响到工业产品的质量，评价电能质量有三方面标准。首先是电压方面，它包含电压的波动、电压的偏移、电压的闪变等；其次是频率波动；最后是电压的波形质量，即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率，也就是谐波所占的比重。我国对电能质量的三方面都有明确的标准和规范。随着科学技术的发展，随着工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。它不仅增加了电网的供电损耗，而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行，造成了这些装置的误动与拒动，直接威胁电网的安全运行。举个常见的例子来

2、说，电子节能灯在使用量所占比重较小的电网中运行，的确比常用的白炽灯好，不仅亮度高又省电，而且使用寿命也长。但是相反，在大量投运节能灯后，就会发现节能灯的损坏率大大提高。这是由于节能灯是非线性负荷，它产生较大的谐波污染了这一片电网，造成三相负荷基本平衡情况下，中心线电流居高不下，造成了该片电网供电质量下降，用电设备发热增加，电网线损增加，使得该区的配变发热严重，严重影响其使用寿命。因此我们对非线性用电设备产生的谐波必须进行治理，使谐波分量不超过国家标准。第一章基础概念1.1电力系统的组成电力系统是由发电、输电、用电三部分组成。其中过程为发电厂

3、发电经升压变压器升压并网，再由输电网络输送的各个变电站，变电站进行降压后输送给各个用户，用户经过再一次降压后给用电设备供电。主要设备为发电机、升压变压器、输电网络、降压变压器、用电设备及二次保护系等组成。发电机的电压等级一般为6KV、10KV，输电网络为110KV、220KV、500KV，配电网络为10KV、35KV，用电设备一般为380V、220V。我国电力系统采用三相50HZ交流供电。1.2功率的概念在供电系统中，通常总是希望交流电压和交流电流时正弦波形（不含有谐波的情况下），正如电压为：式中------电压有效值ω--------角频

4、率f---------频率(50HZ)正弦电压施加在线性无源负载上如电阻、电容、电感上时，其电流的表达式为：I--------电流有效值φ--------相位角电压和电流的关系从相位图上看如：（绿色为电压，红色为电流）电流相位角φ>0时，为电流滞后电压，负载呈现为感性（如电动机）电流相位角φ<0时，为电流滞后电压，负载呈现为容性（如无功补偿器）视在功率为：（KVA）有功功率为：(KW)无功功率为：（Kvar）在正弦交流电路中，有功功率P是用来做功的，是负载消耗掉的真正的功率。而无功功率Q通常是电源和储能元件之间进行的能量交换，是不用来真正做

5、功的。对于电机和变压器等电气设备来说，其视在功率S直接反应了线路中电流有效值的大小。S也是变压器等设备功率的最大可利用量。我们的理想情况是P=S，这样电气设备的容量充分的利用。其中三者之间的关系如：我们平时所说的功率因数在谐波存在的情况下功率因数会减小对于三相电路来说：其中、、为三相的相电压，、、为三相线电压，其中线电压为相电压的倍人们常说的电压为线电压，电流为相电流，三相功率为A、B、C相功率的总和。即无功功率在电力线路上引起的电压降（电压损失）为：1.1谐波的概念供电系统的谐波是有系统中电力元件的非线性引起的，下面以单相整流电路为例引出

6、谐波的概念。从上图可以看到电压u=sin(wt+a)电流i=id电流i经过傅里叶级数分解后得到从而可以看出正弦电压u加在整流设备上后，电流波形不在是正弦波，而变成了直流波形。在直流波形i中就含有3、5、7…等谐波的存在。一个畸变的波形是由不同频率的正弦波组成，即一个基本频率下的基波加上一系列的整数倍的谐波分量。典型的谐波叠加谐波的表示方法：ln次谐波电压含有率———第n次谐波电压有效值———基波电压有效值ln次谐波电流含有率———第n次谐波电流有效值———基波电流有效值l谐波电压含量和谐波电流含量分别为：l电压谐波总畸变率和电流谐波总畸变率

7、公共电网谐波电压限值电网标称电压ＫＶ电压总谐波畸变率　％　各次谐波电压含有率，％奇　次偶　次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.81.1谐波和无功功率的产生在工业和生活用电负载重，阻感负载占有很大的比例。异步电机、变压器、荧光灯等都是典型的阻感负载。阻感性负载必须吸收无功功率才能正常工作，这是由其本身的性质决定的。电力电子装置等非线性装置也会消耗无功功率，如整流器、变频器等。非线性负载在消耗无功功率的同时会产生大量的谐波电流。例如荧光灯的电流畸变率达到20%，功率因数在0.85左

8、右。谐波源可以分为以下几类：1）、传统的非线性设备，包括变压器、旋转电机以及电弧炉，如变压器一次侧电压高于额定电压的10%，会使二次侧的3次谐波增大。2）、现代电力电子非线性设备