电力系统的谐波
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电力系统中谐波分析与治理在当今高度依赖电力的社会中,电力系统的稳定和高效运行至关重要。
然而,谐波问题却成为了影响电力系统质量的一个不容忽视的因素。
谐波不仅会导致电力设备的损坏,还会增加电能损耗,降低电力系统的可靠性。
因此,对电力系统中的谐波进行深入分析,并采取有效的治理措施,具有十分重要的意义。
一、谐波的产生要理解谐波,首先需要了解它的产生原因。
谐波主要来源于电力系统中的非线性负载。
常见的非线性负载包括各种电力电子设备,如变频器、整流器、逆变器等,以及电弧炉、荧光灯等。
以变频器为例,它通过对电源进行快速的通断控制来实现对电机转速的调节。
在这个过程中,电流和电压的波形不再是标准的正弦波,而是包含了各种频率的谐波成分。
整流器在将交流电转换为直流电的过程中,由于其工作特性,也会产生谐波。
同样,电弧炉在工作时,电弧的不稳定燃烧会导致电流的剧烈变化,从而产生谐波。
二、谐波的危害谐波的存在给电力系统带来了诸多危害。
对电力设备而言,谐波会使变压器、电动机等设备产生额外的损耗,导致设备发热增加,缩短使用寿命。
对于电容器来说,谐波电流可能会使其过载甚至损坏。
在电能质量方面,谐波会导致电压和电流波形的畸变,使电能质量下降,影响用电设备的正常运行。
例如,对于计算机等精密电子设备,谐波可能会引起数据丢失、误操作等问题。
此外,谐波还会增加电力系统的无功功率,降低功率因数,从而增加线路损耗和电能浪费。
三、谐波的分析方法为了有效地治理谐波,首先需要对其进行准确的分析。
目前,常用的谐波分析方法主要有傅里叶变换、小波变换和瞬时无功功率理论等。
傅里叶变换是谐波分析中最常用的方法之一。
它可以将一个复杂的周期性信号分解为不同频率的正弦波分量,从而得到各次谐波的幅值和相位信息。
然而,傅里叶变换在处理非平稳信号时存在一定的局限性。
小波变换则能够很好地处理非平稳信号,它通过对信号进行多尺度分析,可以更准确地捕捉到信号在不同时间和频率上的特征。
电力系统中谐波问题如何治理在当今的电力系统中,谐波问题日益凸显,给电力设备的正常运行和电力质量带来了诸多挑战。
那么,究竟什么是谐波?它又是如何产生的?更重要的是,我们应该如何有效地治理它呢?首先,让我们来了解一下谐波的概念。
简单来说,谐波是指在电力系统中,电流或电压的频率不是基波频率(通常为 50Hz 或 60Hz)整数倍的分量。
这些谐波分量会导致电力系统中的电流和电压波形发生畸变,从而影响电力设备的性能和使用寿命。
谐波的产生原因是多种多样的。
其中,电力电子设备的广泛应用是主要原因之一。
例如,变频器、整流器、逆变器等在工作时会产生大量的谐波电流注入到电力系统中。
此外,电弧炉、电焊机等非线性负载也会产生谐波。
那么,谐波问题会给电力系统带来哪些危害呢?一方面,它会增加电力设备的损耗,导致设备发热、效率降低,缩短设备的使用寿命。
例如,变压器在谐波的作用下,铁芯损耗会显著增加,容易出现过热现象。
另一方面,谐波会影响电力系统的稳定性,可能导致继电保护装置误动作,影响电力系统的安全可靠运行。
同时,谐波还会对通信系统产生干扰,影响通信质量。
既然谐波问题如此严重,我们应该如何治理呢?目前,主要的治理方法可以分为无源滤波和有源滤波两大类。
无源滤波是一种传统的谐波治理方法,它通过电感、电容等无源元件组成滤波器,对特定频率的谐波进行滤波。
无源滤波器结构简单、成本较低,但存在一些局限性。
例如,它的滤波效果容易受到系统参数变化的影响,而且只能对固定频率的谐波进行有效滤波。
有源滤波则是一种较为先进的谐波治理技术。
它通过实时检测电力系统中的谐波电流,并产生与之大小相等、方向相反的补偿电流注入到系统中,从而实现谐波的动态补偿。
有源滤波器具有响应速度快、滤波效果好、能够适应系统参数变化等优点,但成本相对较高。
除了滤波技术,改善电力系统的设计和运行管理也是治理谐波的重要措施。
在电力系统规划和设计阶段,应合理选择电力设备,尽量减少非线性负载的接入。
电力系统中的谐波问题与分析技术研究引言:现代社会对电力的需求越来越大,电力系统的稳定运行对于社会经济的发展至关重要。
然而,电力系统在运行过程中会面临一些问题,如谐波问题。
谐波是电力系统中的一种普遍现象,它对系统的稳定性和设备的正常运行产生了不可忽视的影响。
因此,对电力系统中的谐波问题进行深入研究和分析,提出相应的解决方法和技术手段是非常必要的。
一、谐波问题的定义与影响1. 谐波的定义谐波是指电力系统中存在的频率是基波频率整数倍的谐振现象。
电力系统中产生谐波的主要原因包括非线性负载、发电机组的谐波励磁和谐波源的接入等。
谐波问题主要表现在电压和电流波形畸变、系统损耗增加以及设备寿命缩短等方面。
2. 谐波问题的影响谐波对电力系统的影响主要体现在以下几个方面:(1)设备损坏:谐波会导致电力设备的工作电流和温度升高,进而加速设备的老化和损坏;(2)电网损失:谐波会导致电网中的有功和无功损失增加,降低系统的效率;(3)通信干扰:谐波会对通信设备产生干扰,降低通信质量和可靠性。
二、谐波分析技术为了解决电力系统中的谐波问题,需要进行谐波分析,找出谐波源,并提出相应的处理措施。
目前,谐波分析技术主要包括频谱分析和时域分析两种方法。
1. 频谱分析频谱分析是通过观察电力系统中各频率成分的振幅和相位关系,以及谐波频率分布情况来分析谐波问题。
常用的频谱分析方法包括傅里叶变换和小波变换。
(1)傅里叶变换傅里叶变换能够将信号在频域中分解成各个频率成分,并得到各频率成分的幅度和相位信息。
通过对电压或电流波形进行傅里叶变换,可以得到具体的谐波频率及其振幅,从而判断谐波的产生原因。
(2)小波变换小波变换是一种时频分析方法,能够同时提供时间和频率信息。
它通过对信号进行连续的分解,得到各个频率成分在时域和频域上的分布情况,更能反映谐波在时间上的变化特性。
2. 时域分析时域分析是通过观察电力系统中各时刻的电压和电流波形来分析谐波问题。
常用的时域分析方法包括快速傅里叶变换和窗函数法。
电力系统中谐波的危害与产生电力系统中谐波是指频率是电力系统基波频率的整数倍的电压或电流波形,其频率通常为50Hz或60Hz。
谐波是电力系统中的一种电磁干扰,可能引起许多问题和危害,包括设备的过热、降低效率、产生故障以及影响电力网络的稳定性。
谐波的产生主要是由于非线性负载和电源引起的,下面将详细讨论谐波的危害与产生。
谐波的危害:1. 电力设备过热:谐波会导致设备内部的电压和电流波形畸变,造成设备的过载和过热。
设备过热会导致设备寿命缩短,甚至发生火灾等危险。
2. 降低设备效率:设备在谐波环境下工作时,可能会发生电流滞后和电压损失,导致设备的效率降低。
例如,变压器在谐波环境下由于电流滞后而产生降温,这会导致能量损失和电力供应的不稳定。
3. 产生设备故障:谐波会导致设备的电压和电流波形失真,从而损坏设备的绝缘性能和电线连接,引发故障。
例如,变频器引起的谐波可能导致电机绝缘击穿,造成电机损坏。
4. 影响电力网络的稳定性:谐波会改变电力系统的频谱特性,降低系统的稳定性。
谐波的存在可能导致电力网络中的共振现象,引起电压和电流的不稳定性,进一步导致电力系统的故障。
谐波的产生:1. 非线性负载:非线性负载是指对电压和电流响应非线性的负载设备。
这些设备通常包括整流器、变频器、电弧炉、放电灯等。
非线性负载会引起谐波电流的产生,造成电力系统的谐波问题。
2. 电源:电源本身也可能产生谐波。
例如,由于电力系统中存在电压降低和电压暂降,电源系统中的设备可能引入谐波频率。
3. 并联谐波滤波器:并联谐波滤波器通常用于减少负载设备引起的谐波,但滤波器本身可能引入谐波频率。
4. 反射和谐波:电力系统中的传输线上的谐波可能会反射,并返回到电源系统中,从而产生额外的谐波。
为减少谐波的危害,可以采取以下措施:1. 负载侧的措施:使用非线性负载时,可以采取滤波器、谐波限制器等措施来减少谐波的产生。
2. 电源侧的措施:电源系统应具备良好的谐波抑制能力,可以采用对称三相电源供应、提高电源的电压和频率稳定性等措施。
电力系统谐波源的种类及其特性电力系统中的谐波源是指在电网中引起电压或电流谐波的设备或负载。
谐波源的种类较多,主要包括非线性负载、谐波发生器和电弧设备等。
下面将分别介绍谐波源的种类及其特性。
1.非线性负载:非线性负载是电力系统中最主要的谐波源之一、这些负载包括电子设备、电力电子装置、变频器、整流器、照明装置等,其特点是由于非线性元件导致负载电流不是正弦波形,因而引起谐波。
非线性负载的特性包括:-非线性负载会引起电流谐波,并导致电网中电压谐波;-谐波电流的含有量与非线性负载的电流特性有关,比如电流大小、频率、波形等;-谐波源的阻抗会影响电网谐波的传播特性。
2.谐波发生器:谐波发生器是一种能够产生特定谐波频率的装置。
谐波发生器通常用于实验室研究或特定的工业应用中,其特点包括:-可以产生特定频率、幅值和相位的谐波;-通常采用精确的电子元器件来实现特定的谐波频率;-对于实验室研究,谐波发生器可以用于模拟电力系统中各种谐波的情况,以便研究各种谐波对电网的影响。
3.电弧设备:电弧设备是一类常见的谐波源,包括电弧炉、电焊机、电弧炉变压器等。
电弧设备的特点包括:-电弧设备运行时,产生高强度电弧,导致电流非线性特性导致谐波产生;-电弧设备的启动和停止会引起谐波的瞬变;-电弧设备通常具有较低的功率因数,并且由于非线性特性,会引起电网电压谐波。
除了上述谐波源外,还有其他一些不常见的谐波源,如直流传输线的换流设备、电力电子装置的不稳定性等也可能引起谐波。
不同的谐波源具有不同的特性和作用,对电力系统的谐波传播和影响也有一定的区别。
总之,电力系统中的谐波源种类繁多,包括非线性负载、谐波发生器和电弧设备等。
了解不同谐波源的特性,对于分析和解决电网中的谐波问题具有重要的意义。
电力系统谐波基本原理一、谐波定义谐波是指一个周期电气量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍。
在电力系统中,谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。
当电流流经非线性负载时,负载不能吸收全部的基波能量,剩余的部分就会以高次谐波的形式释放出来。
二、谐波产生电力系统中的谐波主要来源于两方面:一方面是由于发电机和变压器等元件的非线性特性;另一方面是由于电力电子设备、整流器、逆变器等的大量应用。
这些设备在正常工作时会产生大量的谐波电流,注入到电力系统中,对电力系统造成影响。
三、谐波频率谐波的频率是基波频率的整数倍。
对于50Hz的基波频率,其产生的谐波主要为50Hz、100Hz、150Hz等。
对于400Hz的基波频率,其产生的谐波主要为400Hz、800Hz、1200Hz等。
四、谐波影响谐波对电力系统的影响是多方面的,主要表现在以下几个方面:1. 增加电力损耗:由于谐波的存在,会导致线损增加,特别是在高次谐波的场合下,线损会更加明显。
2. 影响设备正常运行:谐波会导致变压器、电动机等设备的效率降低,甚至引发设备故障。
3. 干扰通信系统:高次谐波会对通信线路产生干扰,影响通信质量。
4. 引发继电保护误动作:谐波会导致继电保护装置误动作,从而引发停电事故。
5. 影响电子设备:对于电子设备来说,谐波会影响其正常工作,导致设备性能下降。
五、谐波抑制为了减小谐波对电力系统的影响,需要采取相应的措施来抑制谐波的产生和传播。
常用的抑制谐波的方法包括:1. 改善供电系统设计:采用合适的变压器连接方式和合理的供电布局,降低系统中各元件的谐波产生量。
2. 增加无功补偿装置:通过在系统中增加无功补偿装置,可以提高系统的功率因数,减小谐波电流。
3. 采用滤波器:滤波器是抑制谐波的重要手段之一,可以通过滤波器将特定频率的谐波进行过滤。
4. 使用有源滤波器:有源滤波器能够主动产生与谐波大小相等、方向相反的电流,对系统中的谐波进行补偿,达到消除谐波的目的。
电力系统中的谐波及其抑制措施谐波是电力系统中常见的一种电信号,它是由电力系统中非线性设备引起的。
谐波会导致电力系统不稳定、设备损坏和通信干扰等问题,因此谐波的抑制是电力系统设计和运行中的重要问题。
谐波的产生原理是电力系统中的非线性元件(如整流器、变频器、电弧炉等)在电压或电流作用下,产生不对称的电压或电流波形,导致谐波频率的波形在电力系统中传播和扩散。
常见的谐波频率包括3次、5次、7次等奇次谐波,以及2次、4次、6次等偶次谐波。
谐波对电力系统的影响包括以下几个方面:1.电力系统不稳定:谐波产生的电压波形失真会导致电力系统的电压稳定性下降,可能导致设备的过电压或欠电压现象,进而影响到电力系统的正常运行。
2.设备损坏:谐波电流会导致电力设备内部的电机、变压器等元件温度升高,进而影响到设备的寿命和可靠性。
3.通信干扰:谐波会在电力线上传播,通过电网对通信系统产生干扰,降低通信系统的传输质量。
为了抑制谐波,可以采取以下几种措施:1.使用谐波滤波器:谐波滤波器是一种专门用于抑制谐波的滤波器。
它可以根据谐波频率的不同,选择相应的滤波器进行安装,从而削弱或消除谐波成分。
2.控制负载谐波含量:减少非线性装置的使用,或者采用符合电力系统标准的电气设备,可以降低谐波的产生和传播。
3.设备绝缘和保护:合理选择电力设备的额定容量和绝缘等级,增加设备的绝缘保护,提高设备的抗谐波能力。
4.进行谐波分析和监测:对电力系统中的谐波进行分析和监测,及时了解谐波的产生和传播情况,以便采取相应的措施进行调整和优化。
5.增加电力系统的容量和稳定性:通过增加线路容量、改善电力系统的稳定性,可以降低谐波对电力系统的影响。
综上所述,谐波是电力系统中的一个重要问题,对电力系统的稳定性和设备的正常运行产生不利影响。
通过采取谐波滤波器、控制负载谐波含量、设备绝缘和保护、谐波分析和监测、以及增加电力系统的容量和稳定性等措施,可以有效地抑制谐波,维护电力系统的正常运行。
电力系统中谐波的危害与产生电力系统中的谐波是由于电力设备的非线性特性引起的。
在电力系统中,谐波的危害包括对电力设备的损坏、电能质量的恶化以及对用户的影响等方面。
谐波的产生与非线性负载、电力设备的设计及运行、电网接地等因素有关。
谐波对电力设备的损坏是谐波危害的主要方面之一。
谐波会引起设备的绝缘老化、过热、机械振动等问题。
尤其是对于变压器和电动机等设备来说,由于谐波的存在会引起电流和电压的畸变,导致设备的工作效率下降,甚至引发设备的故障和停机。
此外,谐波还会引起电容器的谐振和过电压问题,增加电力设备的工作负荷,缩短其使用寿命。
谐波对电能质量的恶化也是谐波危害的重要方面之一。
谐波会导致电能质量的下降,主要表现为电压和电流的畸变,波形失真,功率因数的下降等。
这不仅会影响电力设备的正常工作,还会对电力系统的稳定性和可靠性造成影响。
谐波还会引起电力设备的谐振现象,导致设备振动,造成噪音污染,影响人们的生活质量。
谐波对用户的影响主要体现在电力质量的下降和对电子设备的损坏。
谐波会引起电压的波动和电流的畸变,导致电子设备的正常工作受到干扰,增加设备的故障率,降低设备的使用寿命。
尤其是对于一些对电力质量要求较高的用户来说,如计算机、通讯设备、医疗设备等,谐波对其正常工作的影响更为显著。
此外,谐波还会导致电能的浪费,增加用户的用电成本。
谐波的产生与非线性负载、电力设备的设计及运行、电网接地等因素有关。
非线性负载是产生谐波的主要原因之一。
非线性负载如电子设备、电力电子器件等在工作过程中会产生非线性电流,其含有大量谐波成分。
此外,电力设备的设计及运行也会引起谐波的产生,如电容器的谐振,变压器的匝间谐振等。
而电网的接地情况也会影响谐波的产生和传播,如电网的接地方式不当会引起谐波回流和间接接触问题。
为了减少谐波的危害,需要采取一系列的措施。
首先,可以通过合理选择电力设备和设备的工作参数来降低其谐波产生的概率。
其次,可以采用滤波器等设备对谐波进行抑制和补偿。
电力系统中的谐波与电磁干扰分析导言:电力系统是现代社会运转的重要基础设施之一,但在其运行过程中,常常会面临谐波和电磁干扰的问题。
谐波是指电力系统中出现的频率是基波频率的整数倍的电压或电流成分,而电磁干扰则是指电力系统中的电磁波辐射对其他电子设备和通信系统的干扰。
本文将深入分析电力系统中的谐波和电磁干扰的原因、危害以及相应的解决方法。
一、谐波的形成和危害1. 谐波的形成谐波是由于非线性负荷在电力系统中的存在引起的。
非线性负荷如电子电器、电感、电容等设备,在工作时会产生非线性电流,在电源电压的作用下,会将谐波电流注入电力系统中。
这些谐波电流会使电力系统中的电流波形变成失真的非正弦波形。
2. 谐波的危害谐波对电力系统和设备都会造成一定的危害。
首先,谐波会引起电力系统中的电流和电压的失真,导致电能质量下降。
其次,谐波会引发电力系统中的共振问题,进而损坏电容器、互感器等设备。
此外,谐波还会导致电力系统中的电机运行不稳定,降低设备的寿命,甚至引起设备的故障和损坏。
因此,谐波问题应引起足够的重视。
二、电磁干扰的产生和危害1. 电磁干扰的产生电磁干扰是电力系统中的电磁波辐射对其他电子设备和通信系统的干扰。
电力系统中各种设备和传输线路中的电流和电压会产生电磁场,这些电磁场以无线电波的形式辐射出去,与其他设备和系统产生相互作用,引起电磁干扰问题。
2. 电磁干扰的危害电磁干扰会带来许多危害。
首先,电磁干扰会影响通信系统的正常运行,导致通信中断、信息传递错误等问题。
其次,电磁干扰会影响其他电子设备的正常工作,引起设备的故障和损坏。
此外,电磁干扰还可能对人体健康造成一定的影响,引起生理和心理方面的问题。
三、谐波和电磁干扰的解决方法为了解决电力系统中的谐波和电磁干扰问题,可以采取以下方法:1. 谐波的解决方法(1)降低非线性负荷的影响:通过选用低谐波电器设备、采用滤波电容器等措施来减少非线性负荷对电力系统的谐波注入。
(2)滤波器的应用:在电力系统中安装合适的谐波滤波器,可以过滤掉谐波成分,减少谐波的产生和传播。
电力系统中谐波分析与治理在当今高度依赖电力的社会中,电力系统的稳定和高效运行至关重要。
然而,谐波问题却成为了影响电力系统性能的一个重要因素。
谐波的存在不仅会降低电能质量,还可能对电力设备造成损害,增加能耗,甚至影响整个电力系统的安全稳定运行。
因此,对电力系统中的谐波进行深入分析,并采取有效的治理措施,具有极其重要的意义。
一、谐波的产生谐波是指频率为基波频率整数倍的正弦波分量。
在电力系统中,谐波的产生主要源于以下几个方面:1、非线性负载电力系统中的许多负载,如电力电子设备(如变频器、整流器、逆变器等)、电弧炉、荧光灯等,其电流与电压之间不是线性关系,从而导致电流发生畸变,产生谐波。
2、电力变压器变压器的铁芯饱和特性会导致磁化电流出现尖顶波形,进而产生谐波。
3、发电机由于发电机的三相绕组在制作上很难做到绝对对称,以及铁芯的不均匀等因素,也会产生少量的谐波。
二、谐波的危害谐波对电力系统的危害是多方面的,主要包括以下几点:1、增加电能损耗谐波电流在电力线路中流动时,会增加线路的电阻损耗和涡流损耗,导致电能的浪费。
2、影响电力设备的正常运行谐波会使电机产生额外的转矩脉动和发热,降低电机的效率和使用寿命;对电容器来说,谐波可能导致其过电流和过电压,甚至损坏;对于变压器,谐波会增加铁芯损耗和绕组的发热。
3、干扰通信系统谐波会产生电磁干扰,影响通信设备的正常工作,导致信号失真、误码率增加等问题。
4、降低电能质量谐波会使电压和电流波形发生畸变,导致电压波动、闪变等问题,影响供电的可靠性和稳定性。
三、谐波的分析方法为了有效地治理谐波,首先需要对其进行准确的分析和测量。
常见的谐波分析方法主要有以下几种:1、傅里叶变换这是谐波分析中最常用的方法之一。
通过对周期性信号进行傅里叶级数展开,可以得到各次谐波的幅值和相位。
2、快速傅里叶变换(FFT)FFT 是一种快速计算傅里叶变换的算法,大大提高了计算效率,适用于对大量数据的实时分析。
《电力系统的谐波》
电气工程与自动化
1.什么是谐波特性分类
2.含有谐波的电量的电气参数如何计算
3.衡量谐波含量的参数有哪些定义
4.电力系统常见的谐波源有哪些
5.谐波的危害是什么治理方法有哪些
理想的交流电压和交流电流波形应是单一频率的正弦波,而实际电力系统中由于负荷的非线性常会使电压和电流波形产生畸变而偏离正弦,出现各种谐波分量。
谐波的含量是衡量电能质量的重要指标之一。
那么什么是谐波呢谐波(harmonic wave),从严格的意义来讲,谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量,一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解,其余大于基波频率的电流产生的电量。
从广义上讲,由于交流电网有效分量为工频单一频率,因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波,这时“谐波”这个词的意义已经变得与原意有些不符。
正是因为广义的谐波概念,才有了“分数谐波”、“间谐波”、“次谐波”等等说法。
奇次谐波:额定频率为基波频率奇数倍的谐波,被称为“奇次谐波”,如3、5、7次谐波;
偶次谐波:额定频率为基波频率偶数倍的谐波,被称为“偶次谐波”,如2、4、6、8次谐波。
一般地讲,奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。
在平衡的三相系统中,由于对称关系,偶次谐波已经被消除了,只有奇次谐波存在。
对于三相整流负载,出现的谐波电流是6n±1次谐波,例如5、7、11、13、17、19等。
变频器主要产生5、7次谐波;
分量谐波:频率为基波非整数倍的分量称为间谐波,有时候也将低于基波的间谐波称为次谐波,次谐波可看成直流与工频之间的间谐波。
电气参数计算
有效值:
U=I=
u(t)=
i(t)=
==
I=A=
由于:
(m) I==
同理:
U==
谐波电压含量=
谐波电流含量=
电压总谐波畸变率×100%
电流总谐波畸变率×100%
第n次谐波电压含有率
第n次谐波电流含有率
含有谐波时电力系统的平均有功功率为
P=
含有谐波的视在功率S=
含有谐波时的功率因数cos==
与谐波有关的参数定义
1、阻抗
阻抗是在特定频率下配电系统某一点产生的电阻。
阻抗取决于变压器和连在系统上的用电设备,以及所采用导体的截面积和长度。
2、阻抗系数
阻抗系数是AF (载波)阻抗相对于50Hz (基波)阻抗的比率。
3、谐振
在配电系统里的设备,与它们存在的电容( 电缆,补偿电容器等) 和电感( 变压器,电抗线圈等) 形成共振电路。
后者能够被系统谐波激励而成为谐振。
配电系统谐波的一个原因是变压器铁芯非线性磁化的特性。
在这种情况下主要的谐波是3 次的;它在全部导体内与单相分量具有相同的长度,因而在星形点上不能消除。
4、谐振频率
每个电感和电容的连接形成一个具有特定共振频率的谐振电路。
一个网络有几个电感和电容就有几个谐振频率。
5、并联谐振频率
网络阻抗达到最大值的频率。
在并联谐振电路中,电流分量I L 和I C 大于总电流I 。
6、串联谐振频率
网络的阻抗水平达到最小的频率。
在串联谐振电路内分路电压U L 和U C 大于总电压U 。
7、串联谐振谐电路
由电感(电抗器)和电容(电容器)串联的电路。
8、无功功率
电动机和变压器的磁能部分,以及用于能量交换目的的功率转换器等处需要无功功率Q 。
与有功功率不同,无功功率并不做功。
计量无功功率的单位是Var 或kvar 。
9、无功功率补偿
供电部门规定一个最小功率因数以避免电能浪费。
如果一个工厂的功率因数小于这个最小值,它要为无功功率的部分付费。
否则它就应该用电容器提高功率因数,这就必须在用电
设备上并联安装电容器。
电力系统中产生谐波的装置即谐波源,是具有非线性特性的用电设备。
随着大容量电力电子装置和各种非线性负载在系统中的广泛应用,其产生的谐波污染也越来越多的受到了人们的认识与关注。
为了抑制系统的谐波,我们必须要了解各谐波源的特性。
1. 现有的系统谐波源就其非线性特性可大致分为三种:
(1)含有铁芯设备的各磁饱和装置,如变压器、电抗器等。
这类谐波源在
电力电子装置大量应用前是主要谐波源。
(2)电弧焊、电弧炉这种强冲击的、非线性的负载。
这类谐波源不仅可以
产生奇次谐波,还可以产生偶次谐波,频率范围也较大。
(3)各种电力电子换流装置。
这类具有相当容量的非线性负荷是目前电力
系统中最主要的谐波源。
2. 谐波注入系统的方式不同谐波源分为:
(1)电流型谐波源。
系统谐波源具有电流源的特性,其谐波含量取决于本身的特性与系统参数无关,直流侧电感滤波的整流器属于电流型谐波源,如图1(a)。
(2)电压型谐波源系统谐波源具有电压源的特性,如发电机、直流侧电容滤波的整流器属于电压型谐波源,如图1(b)。
理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。
谐波电流和谐波电压的出现,对公用电网是一种污染,它使用电设备所处的环境恶化,也对周围的其他设备产生干扰。
在电力电子设备广泛应用以前,人们对谐波及其危害就进行过一些研究,并有一定认识,
但那时谐波污染还没有引起足够的重视。
近三四十年来,各种电力电子装置的迅速发展使得公用电网的谐波污染日趋严重,由谐波引起的各种故障和事故也不断发生,谐波危害的严重性才引起人们高度的关注。
谐波的危害十分严重。
谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低,使电气设备过热、产生振动和噪声,并使绝缘老化,使用寿命缩短,甚至发生故障或烧毁。
谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振,使谐波含量放大,造成电容器等设备烧毁。
谐波还会引起继电保护和自动装置误动作,使电能计量出现混乱。
对于电力系统外部,谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。
谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以下几个方面:1、加大企业的电力运行成本
由于谐波不经治理是无法自然消除的,因此大量谐波电压电流在电网中游荡并积累叠加导致线路损耗增加、电力设备过热,从而加大了电力运行成本,增加了电费的支出。
2、降低了供电的可靠性
谐波电压在许多情况下能使正弦波变得更尖,不仅导致变压器、电容器等电气设备的磁滞及涡流损耗增加,而且使绝缘材料承受的电应力增大。
谐波电流能使变压器的铜耗增加,所以变压器在严重的谐波负荷下将产生局部过热,噪声增大,从而加速绝缘老化,大大缩短了变压器、电动机的使用寿命,降低供电可靠性,极有可能在生产过程中造成断电的严重后果。
3、引发供电事故的发生
电网中含有大量的谐波源(变频或整流设备)以及电力电容器、变压器、电缆、电动机等负荷,这些电气设备处于经常的变动之中,极易构成串联或并联的谐振条件。
当电网参数配合不利时,在一定的频率下,形成谐波振荡,产生过电压或过电流,危及电力系统的安全运行,如不加以治理极易引发输配电事故的发生。
4、导致设备无法正常工作
对旋转的发电机、电动机,由于谐波电流或谐波电压在定子绕组、转子回路及铁芯中产生附加损耗,从而降低发输电及用电设备的效率,更为严重的是谐波振荡容易使汽轮发电机产生震荡力矩,可能引起机械共振,造成汽轮机叶片扭曲及产生疲劳循环,导致设备无法正常工作。
5、引发恶性事故
继电保护自动装置对于保证电网的安全运行具有十分重要的作用。
但是,由于谐波的大量存在,易使电网的各类保护及自动装置产生误动或拒动,特别在广泛应用的微机保护、综合自动化装置中表现突出,引起区域(厂内)电网瓦解,造成大面积停电等恶性事故。
6、导致线路短路
电网谐波将使测量仪表、计量装置产生误差,达不到正确指示及计量(计量仪表的误差主要反映在电能表上)。
断路器开断谐波含量较高的电流时,断路器的遮断能力将大大降低,造成电弧重燃,发生短路,甚至断路器爆炸。
7、降低产品质量
由于谐振波的长期存在,电机等设备运行增大了振动,使生产误差加大,降低产品的加工精度,降低产品质量。
8、影响通讯系统的正常工作
当输电线路与通讯线路平行或相距较近时,由于两者之间存在静电感应和电磁感应,形成电场耦合和磁场耦合,谐波分量将在通讯系统内产生声频干扰,从而降低信号的传输质量,破坏信号的正常传输,不仅影响通话的清晰度,严重时将威胁通讯设备及人身安全。
谐波会对邻近的通信系统产生干扰,轻者产生噪声,降低通信质量;重者导致住处丢失,使通信系统无法正常工作。
治理方法目前常用的谐波治理的方法无外乎有三种,无源滤波、有源滤波、无功补偿。
1、减少非线性用电设备与电源间的电气距离。
也就是减少系统阻抗,换句话说就是提高供电电压等级。
2、谐波的隔离。
非线性用电设备产生的谐波,它不仅直接影响到本级电网,而且经过变压器后,还会影响到上几级电网。
如何把这些非线性用电设备产生的谐波不影响或少影响其他几级电网,这也是谐波治理的一个基本方法。
3、安装滤波器。
目前对变电所侧和用户侧谐波治理的方法,多采用安装滤波器来减少谐波分量。
滤波器分为有源滤波器和无源滤波器两大类。
参考文献电气工程基础(第二版)上册陈慈萱;
电力系统分析(第三版)何仰赞温增银
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