高压电力系统谐波渗透及谐波限制值的确定

第２４卷第４期　２ＯＯ２年８月　武汉理工大学学报・信息与管理工程版　

ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＷＵｒ（Ｄｆ　）ＲＭＡ删＆ＭＡＮＡＧ口　Ｔ　ＥＮＧ　ＥＥＩⅧ　Ｇ　Ｖｏ１．２４　Ｎｏ．４　

Ａｕ　．２ＯＯ２　

文章编号：１００７—１４４Ｘ（２００２）０４—０１３１—０４　

高压电力系统谐波渗透及谐波限制值的确定　文康珍，黎文安　（武汉大学电气工程学院，湖北武汉４３００７２）　

摘要：根据电路原理建立了电力系统从１１０　ｋＶ到０．４　ｋＶ之间的谐波渗透模型，提出了高压系统谐波限制值　的确定应以低压配电系统中电机电器对谐波的承受能力（或公认的限制值）和谐波渗透规律为依据的观点，并　算出了在电源至负荷间的压降为５％的条件下，从１１０　ｋＶ到０．４　ｋＶ之间的电压综合畸变的渗透率为０．７５，最　后推导出了高压（１１０　ｋＶ）系统总电压畸变率的允许升高值为４．４１％的结论。　关键词：谐波渗透；高压系统；低压系统　中图法分类号：　Ⅳ７１１　文献标识码：Ａ　

谐波对电力系统的危害已是众所周知的事　实。谐波渗透是世界各国电力部门与用电部门共　同关注的一个重要问题。因为它直接决定电力系　统中各种有关谐波限制和管理法规的确定，而这　些法规又直接影响着用电部门的发展。制定一个　合情合理的谐波限制指标，应该以谐波的渗透规　律为理论依据，使之既能保证电网安全运行，减少　不良影响，又能使非线性用户在受到合理的限制　下健康地发展。　１从１１０　ｋＶ到Ｏ．４　ｋＶ谐波电压的渗透　电力负荷分布在电力网络的不同节点上，但　有一个众所周知的事实，就是大量的电力负荷（工　业负荷）是工作在电压较低的配电系统中，而少数　负荷，如电气化铁道的牵引负荷却是直接从１１０　ｋＶ的公共点接入。当牵引变电所供电臂上有列　车运行时，牵引电流中的谐波分量就按一定比例　关系从１１０　ｋＶ的公共点注入系统，然后向其他电　力负荷支路（下流方向）渗透，从而影响其他电力　负荷。所以，要弄清电气化铁道谐波对电力系统　中其他电力负荷的影响，就必须寻求不同电压等　级之间谐波的渗透规律。　电力系统从１１０　ｋＶ到０．４　ｋＶ之间一般都要　经过３５　ｋＶ（或１０　ｋＶ），然后再到０．４　ｋＶ两级传　送，如图１所示。图１（ｂ）是图１（ａ）的等值计算电　路图。谐波源ｉ　从１１０　ｋＶ的公共点处注入系统，　大部分注入上流方向　，小部分注入下流方向。　在下流方向，谐波通过支路　．向３５　ｋｖ（或ｌＯ　ｋＶ）电压等级的母线渗透，再通过支路　向０．４　ｋＶ电压等级的母线渗透。在计算中按逐级渗透　的原则处理。下面利用图２分析每一级的谐波电　压渗透关系，即　／　。　图２中，　可看作谐波注入处的谐波电压，　为负荷ＬＤ上的谐波电压。毗为负荷的电阻部　分，　为负荷的电抗部分，　为级间阻抗，　为　系统阻抗。　由图２可知　

ｂ，　＝　Ｕ’　

整理上式得　ｒ，　Ｒ　＋，ｌ　（　＋Ｘｔ．）一ｊｎＲｔ，Ｘｍ　一　Ｒ２＋，ｌ　（　＋　）　一　

…　【惫・老＋　

ｌ＋ｎ２ｆ　１　．　

．，ｎ　

２　

令　Ｍ＝惫・老＋㈤　㈩　Ⅳ＝鲁　（２）　Ｐ＝（　ｃ　２惫．老＋ｃ　Ｘｔ．　Ｕ　＝　ｂ　（４）　

若用ＩＩ表示一级电压间的渗透系数，则有　ｌ　Ｕ　ｌ　…　…　

收稿日嘲：２ＯＯ２—０１—２９．　作者简介：文康珍（１９６３一），女，湖北武汉人，武汉大学电气工程学院讲师　

丝　＋Ｉ吼　维普资讯 http://www.cqvip.com ｌ３２　武汉理工大学学报・信息与管理工程版　２（１０２年８月　

Ｉ乜铁谐　

图１　１　１０　ｋＶ到０．４ｋＶ系统筒图　ＵＩ　

ＲＬ＋ｉｎＸ　图２　一级供【配】电系统等值计算电路　

Ｕ：　１　ｎＰ　（５）　Ｉ　Ｉ　＋　‘　‘　

从上面各式可以看出，只要知道鲁和　ＲＬ就　可得到各级电压间的渗透系数。根据下面两条假　设来求鲁和　ＲＬ。　

假设１　负荷的功率因数为ｃ０ｓ　＝０．９。　假设２电源电压至负荷电压的降落为５％。　由假设１有　２ｉＬ＝ｔｇ　＝ｔｇ（ＣＯＳ－１Ｏ．９）＝Ｏ．４８４（６）　

为求各基波电压关系．作图３所示相量图　

３　波ｌｕ压相量图　ａ为负荷电压的无功分量；ｂ为负荷电压的　有功分量；Ｃ为负荷端电压；ｄ为负荷电流在传输　

阻抗上的压降；ｅ为电源端电压（如１１０　ｋＶ公共点　的电压）。　设负荷电压Ｃ为单位值，令Ｃ＝１，则由图３　有　ａ＝ｓｉｎ　＝０．４３６，　ｂ＝ｃ０ｓ　＝０．９　由假设２有　

ｅ／ｃ＝１．Ｏ５　所以　

ｄ＝￣／（ｅ／ｃ）　一ｂ—Ａ：０．１０４　８　从而可得　

：　：　：Ｏ．１ｌ６　５　（７）Ｒ　ｂ　０　９　ｆ．　一　一　．　一

ｕ。　ｕ　Ｊ　，　

将式（６）、式（７）代人式（１）　式（３）可得　Ｐ＝０．３６０　６　Ｍ＝０．２９０　５４２　Ｎ＝０．１１６　５　将Ｐ、Ｍ、Ｎ代入式（５）得　

一　ｆ！±Ｑ：　翌）　±ｆＱ：！！鱼　翌）！　一　１＋０．３６０　６ｎ　

（８）　由式（８）便可得各次谐波下电压的渗透系数　

，， Ｉ　Ｉ。当用　算出后，将它作为电压源计算下　Ｉ　Ｕｎ　Ｉ　

一级的渗透。这里，下一级电压降也按５％考虑，　其结果将与一级相同。因此总渗透等于两个渗透　

Ｉ　，，　Ｉ　２　率的积，即为ｌ　Ｉ。将各次谐波渗透率和注入　

Ｉ　Ｕｎ　Ｉ　１１０　ｋＶ公共点的谐波电流分量综合起来计算，可　

得总电压畸变渗透率的计算结果，如表１所示。　

维普资讯 http://www.cqvip.com …２４：￣——４塑——　文康珍等：高压电力系统谐波渗透及谐波限制值的确定　…　…　豢　３　１　１．０ＩＤｏ　３　０．２１５　５　０．１０２　７　０．Ｑ５３　２　９　０．０３Ｏ　７　１１　０．０２０　３　１３　０．０１４　３　１．０（）ｏ　０．６４５　０．５１０　０．３７２　４　０．２７６　３　０．２２３　３　０．１８５　９　０．９Ｉ　１　０．４７２　２　０．３４９　２　０．２４８　９　０．１８２　７　０．１４６　８　０．１２１　８　０．９５２４　０．８５５　７　０．８２７　４　０．８１７　６　０．８１３　２　０．８１０　９　０．９０９　５　

注．√　（　）２＝ｏ＿９８７　７￣／　Ｊ　：ｏ．６９０　ｌ４５。　表１中第３列为１１０　ｋＶ谐波注入点处的各　次谐波电压，即　＝船　，ｎ，因为　作为常数，不　影响畸变率相对值计算，所以可令为　：１。故有　：ｈｉ．。第４列为３８０Ｖ母线各次谐波电压为　

，　：　（　＝Ｉ　Ｉ）。表注中的　Ｕ　０．９８７　７和０．６９０　１４５是谐波渗透前后的电压综合　畸变率的２个相对值。因此，总电压畸变的渗透　率（或总的谐波渗透率）为　

√莹（　／㈠４　（　＝√　（　）　‘　）　＝　

：０．６９８　７　０．９８７　７　一　。　．　

若考虑裕度，可将总电压畸变的渗透率取为　０．７５。　

２中低压系统电器对谐波的承受能力及　谐波限制值的规定　

表２谐波对低压系统中电机电器的影响　

由于大量的电机、电器是工作在电压较低的　配电系统中，谐波对电机、电器设备产生的不良影　响主要表现在中、低压配电系统中。因此，在确定　谐波限制值时应以中低压配电系统中电机、电器　设备对谐波的承受能力为依据。目前，世界各国　对低压系统中电机电器的谐波承受能力的试验研　究很多，并有趋于一致的看法。在英国电力研究　中心ＡＣＥ７３号文件中有一个调查材料如表２。　以上资料表明，除电子计算机外（其外加稳　压、净化电源系统，能大大减轻它对中、低压系统　谐波的敏感度，承受谐波的能力还能增强），在中、　低压配电系统中，谐波对大多数电机、电器的危害　影响实际上要在达到１０％这样的量级时才有明　显的作用。正是由于这一事实，世界各国关于低　压系统谐波限制值的规定基本上是一致的，即基　本上都把正常总电压畸变率限制在５％。　●　３高压（１１０　ｋＶ）系统谐波限制值的确定　

电铁负荷下的谐波对中、低压系统中的电机　电器的不良影响是通过“谐波渗透”的方式来实现　的。所以，在确定高压系统谐波限制值时，要以低　压（３８０　Ｖ）系统谐波的限制值和谐波渗透规律为　依据。图４为配电系统简图。　对于０．４　ｋＶ这一级来说，其谐波来自两个方　面：第一，本身的背景谐波（即在没有电铁负荷投　入时，就有由低压系统中的电机、电器产生的谐　波），记为△Ｕｌ；第二，电铁负荷产生的谐波（设在　Ｐ点处为△　）经过３５　ｋＶ（或１Ｏ　ｋＶ）渗透下来。　根据低压系统总电压畸变率规定为５％的原　则和谐波的正交迭加原理［１］有　

√（ＡＵ１）　＋（　・△　）　＝５　（９）　式中，　为从１１０　ｋＶ到０．４　ｋＶ的谐波渗透　系数（前面已求出Ｋ＝０．７５）；△Ｕ１为０．４　ｋＶ的背　景谐波。　一般认为老用户引起的背景畸变率在７５％　左右是作为新用户能否接入的一个考核量，因此，　△ＵＩ：５×０．７５。　将　、△　代人式（９）可得　

△　：　：４．１　Ａ　

即要保证低压（０．４　ｋＶ）系统总电压畸变率不　

超过５％，若低压（Ｏ．４　ｋＶ）系统的背景畸变率为　７５％（相对于５％），则高压（１１０　ｋＶ）系统总电压畸　变率的允许升高值为４．４１％。　

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