电能质量与谐波分析

2005.5电能质量与谐波分析学生：李阳林指导老师：卫志农河海大学电气工程学院2005.5第一章电能质量第二章谐波产生的原因第三章谐波的危害第四章抑制谐波的方法第五章谐波潮流分析河海大学电气工程学院2005.5第一章电能质量电能质量包括电压质量、频率质量和供电可靠性。电能质量问题归纳起来主要包括--电压波动(fluctuation)和闪变(flicker);--谐波(harmonics);--电压三相不平衡(unbalance);--电压降低(dip)和供电中断(outage)河海大学电气工程学院2005.5第二章谐波产生的原因1、稳态性谐波源产生的谐波成分与幅值基本上稳定不变2、动态性谐波源产生的谐波具有明显的随机性3、突发性谐波源这种谐波源在正常运行时并不产生谐波，只在特定条件下产生根据谐波源的性质还可以分成：1、电流型谐波源2、电压型谐波源非线性负荷从电网中吸收非正弦电流，引起电网电压畸变，电网中的谐波主要是来源于非线性负载即谐波源，我们可以把谐波源分成以下三种：河海大学电气工程学院2005.5第三章谐波的危害谐波的影响和危害是通过改变电抗值（增大感抗、减小容抗）、增加集肤效应和附加转矩等方式产生，还可以通过磁感应、电容耦合方式产生影响。对电网的影响和危害主要有以下几个方面：（1）使发电机、变压器、电动机、补偿电容器及其架空线路、电缆产生附加热效应（2）对电网运行，会增加无功损耗，引起共振（3）使一些电气设备产生机械振动（4）使继电器动作失误、增加测量表计的测量误差。（5）造成某些自动装置工作不正常，引起通讯干扰（6）使家用电器工况变坏等等河海大学电气工程学院2005.5第四章抑制谐波的方法（1）通过减小谐波源的谐波含量来抑制如：增加换流脉冲数p，则n大，所以谐波电流将减小，增加换流相数，就可以平滑波形，减少谐波。（2）选择合理的供电电压电网短路容量越大，承受谐波的能力就增大（3）装设交流滤波器交流滤波分为两种:无源与有源。（4）采用新型保护（5）加装静止无功补偿装置（6）改变谐波源地配置或工作方式、避免电容器对谐波的放大、提高设备抗谐波干扰的能力等等1/nnII河海大学电气工程学院2005.5第五章谐波潮流分析谐波电流源向电网提供的谐波电流及谐波电势源对电网各元件施加的谐波电压，必然有谐波电流在系统中流动，亦即系统中有谐波潮流，对谐波潮流的分析是一件十分重要的事。一、电网元件的数学模型（1）发电机1(2)GnGnXX''''1(2)2dqGXXX河海大学电气工程学院2005.5(2)变压器当谐波次数不很高时，变压器的谐波电抗只与变压器的漏感有关，而匝间电容及相间电容可忽略不计，故谐波电抗与谐波次数成正比，即：在高次谐波作用下，绕组的集肤效应和邻近效应使阻值增大可忽略并联支路，则谐波电阻可近似等于：1snTnRR河海大学电气工程学院2005.5（3）输电线路对于高次谐波，输电线的分布参数特性很明显，因而应当用长线路模型来表示其谐波阻抗特性，即：用型等值电路来表示：其中：12nLnxnLnnnxnshrlchrlshrlZZYZonxnonnononYrYZZZ河海大学电气工程学院2005.5（4）负荷谐波源负荷以它吸收的谐波电流作为谐波电流源来代替，而对于其余负荷，要确定其谐波阻抗是很困难的。作为近似计算，在谐波次数不大于20的范围内，可用下图所示的电路来近似谐波下的负载模型，较为简单而实用。211110.0736.70.74SnPnRnRnRUPXXQP河海大学电气工程学院2005.5二、谐波潮流计算(1)谐波潮流的计算方法1、线性分析法忽略基波潮流与谐波潮流的互相影响，分别计算基波潮流与谐波潮流2、非线性频域法将谐波源的各次谐波表示成相应的谐波电压的变量函数并考虑基波潮流与谐波潮流的相互影响，通过两者联立迭代求解3、非线性时域仿真用来分析暂态谐波，它从网络的状态方程出发，把系统和负荷描述成常微分方程，通过解该方程来求解电力系统谐波响应河海大学电气工程学院2005.5（2）谐波潮流的特点1、谐波潮流方程，选用电流平衡方程而不是功率平衡方程a、谐波源大多数为电流源，在建模型时，人们以分析谐波电流为重点，关心的也是注入系统的谐波电流，b、选用节点电压方程是线性方程，便于计算c、计算谐波对通讯网的干扰和对设备安全运行影响时，总是顾及谐波电流而不是谐波功率。2、每一个谐波次数，有一个对应次数谐波的导纳矩阵。...nnnIUY河海大学电气工程学院2005.5（3）一种电力系统谐波潮流的降维计算方法根据基波潮流和谐波潮流计算中的节点功率平衡方程和电流平衡方程，其谐波潮流方程可表示如下：（1）河海大学电气工程学院2005.5由于式（1）中的雅克比矩阵是由相当多的0矩阵组成的，我们仔细分析一下谐波潮流偏差量方程的矩阵结构及常规潮流计算在迭代过程中的赋初值原理，既然同样是迭代求解，不难将式（1）偏差方程转化为以下两类偏差量方程的组合（2）（3）其中：（4）()()()kkkITX'(1)(1)WHX'()()2hkkkWWHX河海大学电气工程学院2005.5算例与分析：用上面的方法对下图所示的4节点4条支路系统进行了计算，其中1号节点所带负荷为六脉波整流负载（谐波源）。河海大学电气工程学院2005.5计算结果如下表1、2所示：当谐波源电流较大时：.0.03330.05145jI河海大学电气工程学院2005.5减小谐波源电流时：.0.000560.01515jI河海大学电气工程学院2005.5（4）动态谐波潮流分析前面所讨论的谐波潮流计算是在谐波源产生的高次谐波电流为稳定的这一前提下来讨论的，而电网中还存在着大量动态性谐波源，它们产生的高次谐波量的大小、相位角，都是随机的，有时甚至是无规律的。电气机车、电弧炉等非线性负载就是典型的动态性谐波源，在有这种随机性很大的谐波源时，仍按上面讨论方法来计算谐波潮流，只能得到及其近似的参考解，故由此便引出了动态谐波潮流的分析。目前常用的有两种方法：（1）实际测定各谐波源向电网注入的谐波，然后找出其分布规律，再进行计算。（2）针对谐波潮流计算，列出系统运行的各种状态，对每一种状态进行潮流计算。河海大学电气工程学院2005.5谢谢！