2023/4/251電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變與電力諧波6.1

概述

理想電力系統(tǒng)要求：單一頻率，單一波形（正弦），若干電壓等級電能屬性。 當(dāng)代電力電子裝置大量出現(xiàn)，非線性負(fù)荷使用，供電電源與用電設(shè)備間非線性接口電路等，都不可防止產(chǎn)生很強(qiáng)電流諧涉及電磁干擾(EMI)，對電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行組成潛在威脅，給周圍電氣環(huán)境帶來極大污染。 負(fù)荷（整流、逆變）、系統(tǒng)（HVDC、SVC等）

1993年7月，國家技術(shù)監(jiān)督局正式頒布了(GB/T14549—1993)《電能質(zhì)量—公用電網(wǎng)諧波》

本章主要內(nèi)容： 波形畸變基本概念、危害、經(jīng)典諧波源、諧波放大、標(biāo)準(zhǔn)。電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第1頁2023/4/2526波形畸變與電力諧波6.2波形畸變基本概念

非線性負(fù)荷引發(fā)電流波形畸變，普通畸變波形是周期，屬于諧波范圍?；冸娏髁鹘?jīng)系統(tǒng)時(shí)，在系統(tǒng)阻抗上產(chǎn)生壓降，從而產(chǎn)生電壓畸變。電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第2頁2023/4/2536波形畸變與電力諧波一、幾個(gè)概念：諧波：基波頻率整數(shù)倍。間諧波和次諧波：有些用電負(fù)荷會出現(xiàn)非工頻頻率整數(shù)倍周期性電流波動，又稱為分?jǐn)?shù)諧波，或稱為間諧波。頻率低于工頻間諧波又稱為次諧波。諧波和暫態(tài)現(xiàn)象：暫態(tài)友好波是兩個(gè)完全不一樣現(xiàn)象，它們分析方法也是不一樣。暫態(tài)過程高頻分量與系統(tǒng)基波頻率無關(guān)。短時(shí)間諧波：對于短時(shí)間沖擊電流（變壓器空載合閘），將包含短時(shí)間諧波和間諧波電流，稱為短時(shí)間諧波電流或快速改變諧波電流，應(yīng)與電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)諧波區(qū)分開來。陷波：換流裝置在換相時(shí)，會造成電壓波形出現(xiàn)陷波或稱換相缺口，不屬于諧波范圍。電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第3頁2023/4/2546波形畸變與電力諧波二、均方根值和總諧波畸變率均方根值h次諧波電流（電壓）含有率

電流（電壓）總畸變率

總畸變率描述電流時(shí)不足

電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第4頁2023/4/2556波形畸變與電力諧波三、非正弦電路功率和功率因數(shù)1、正弦電壓、電流

無功功率物理意義為能量交換最大規(guī)模，并不消耗電能2、非正弦電壓、電流 僅同頻率電壓和電流才能組成有功功率，不一樣頻率電壓和電流不組成有功功率 定義無功

Qf沒有正弦波情況下能量交換最大量度等明確物理意義，某諧波可能出現(xiàn)感性無功功率，而另一次諧波可能出現(xiàn)容性無功功率，不一樣頻率無功相加本身無意義。電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第5頁2023/4/2566波形畸變與電力諧波定義視在功率：定義畸變功率普通實(shí)際情況：電壓畸變小，可考慮成正弦信號，有功率因數(shù)可見：功率因數(shù)受兩方面影響：①相移功率因數(shù)，即基頻電壓、電流相位差：②電流基波分量所占百分比，即電流畸變程度：電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第6頁2023/4/2576波形畸變與電力諧波四、三相電路中諧波當(dāng)h=3k+1（k=０,１,２,…）時(shí)，三相電壓諧波相序都與基波相序相同，即1、4、7、10等次諧波都為正序性諧波。當(dāng)h=3k+2時(shí)，三相電壓諧波相序都與基波相序相反，即２、５、８、11等次諧波都為負(fù)序性諧波。當(dāng)h=3k+3時(shí)，三相電壓諧波相序都有相同相位，即３、６、９、1２等次諧波都為零序性諧波。電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第7頁2023/4/2586波形畸變與電力諧波6.3供用電系統(tǒng)經(jīng)典諧波源

非線性特征用電設(shè)備是系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波主要原因 諧波電流含量基本決定于它本身特征和工作情況以及施加給它電壓，而與電力系統(tǒng)參數(shù)關(guān)系不大，所以常被看作諧波恒流源。一、磁飽和裝置 鐵芯非線性化磁化特征引發(fā)諧波。 各種鐵芯設(shè)備,如變壓器、電抗器、電機(jī)等。電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第8頁2023/4/2596波形畸變與電力諧波二、整流裝置

AC/DC整流器、DC/AC逆變器以及變頻設(shè)備等。

1.單相全控橋式整流器1）直流側(cè)電感足夠大，電流波形是連續(xù)交變方波，正負(fù)半周波形完全相同，幅值相等。諧波含有率1/h。電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第9頁2023/4/25106波形畸變與電力諧波

2）直流側(cè)電感量不夠大，則電流將出現(xiàn)斷續(xù)。3）當(dāng)負(fù)載為蓄電池、直流電動機(jī)等帶有反電動勢負(fù)荷時(shí)。

電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第10頁2023/4/25116波形畸變與電力諧波2.三相全控橋式整流器（1）控制角為零時(shí)電流為波寬120o缺口矩形波，缺口寬度為60o。諧波含有率1/h。電壓、基波電流同相，整流器無功=0電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第11頁2023/4/25126波形畸變與電力諧波（2）控制角不為零時(shí)電流為波寬120o缺口矩形波，缺口寬度為60o。諧波含有率1/h?；娏飨辔宦浜箅妷海β室驍?shù)<1，吸收無功（3）考慮到實(shí)際情況，存在換相重合角，電流改變平滑，諧波含量較理論值有所降低例6-1電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第12頁2023/4/25136波形畸變與電力諧波3.雙三相橋式整流

12脈動整流器，只含12k±1次諧波。特征諧波：三、電弧爐電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第13頁2023/4/25146波形畸變與電力諧波四、電力機(jī)車因?yàn)殡娏C(jī)車負(fù)荷是單相整流性質(zhì)，故對電網(wǎng)影響主要是“負(fù)序”和“高次諧波”。其諧波特點(diǎn)：隨機(jī)波動性、高壓滲透性、穩(wěn)態(tài)奇次性。電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第14頁2023/4/25156波形畸變與電力諧波五、家用電器1、橋式整流電容平波電路 電視機(jī)諧波特點(diǎn)是諧波峰值與基波峰值重合，同相電壓供電多臺電視機(jī)產(chǎn)生諧波相位相同，而且同時(shí)間使用頻率高，造成供電系統(tǒng)諧波增大。電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第15頁2023/4/25166波形畸變與電力諧波2、電力調(diào)整電路移相控制單相交流調(diào)壓電路(電阻性負(fù)載)電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第16頁2023/4/25176波形畸變與電力諧波6.4諧波影響和危害在電力危害方面：⑴旋轉(zhuǎn)電機(jī)等（換流變壓器過載）附加諧波損耗與發(fā)燒，縮短使用壽命；⑵諧波諧振過電壓，造成電氣元件及設(shè)備故障與損壞；⑶電能計(jì)量錯(cuò)誤。在信號干擾方面：⑴對通信系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾，使電信質(zhì)量下降；⑵主要和敏感自動控制、保護(hù)裝置不正確動作；⑶危害到功率處理器本身正常運(yùn)行。電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第17頁2023/4/25186波形畸變與電力諧波一、諧波對變壓器影響均方根值電流。假如變壓器容量恰好與負(fù)荷容量相同，那么諧波電流將使得均方根值電流大于額定值?？偩礁惦娏髟黾訒l(fā)導(dǎo)體損耗增加。渦流損耗。渦流是由磁鏈引發(fā)變壓器感應(yīng)電流。感應(yīng)電流流經(jīng)繞組、鐵芯以及變壓器磁場圍繞其它導(dǎo)體時(shí)，會產(chǎn)生附加發(fā)燒。損耗以引發(fā)渦流諧波電流頻率平方增加。鐵芯損耗。鐵損增加取決于諧波對外加電壓影響以及變壓器鐵芯設(shè)計(jì)。電壓畸變增加將使得鐵芯疊片中渦流電流增加，總影響取決于鐵芯疊片厚度以及鋼芯質(zhì)量。伴隨諧波頻率增高，集膚效應(yīng)愈加嚴(yán)重。另外可能引發(fā)噪音增大。 電流畸變超出5%，變壓器出力應(yīng)降低。K—因子電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第18頁2023/4/25196波形畸變與電力諧波二、諧波對電機(jī)影響電機(jī)受諧波電壓畸變影響較大。電機(jī)末端諧波電壓畸變，在電機(jī)里表現(xiàn)為諧波磁鏈。諧波磁鏈以與轉(zhuǎn)子同時(shí)頻率不一樣頻率旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出高頻電流。諧波電壓畸變將引發(fā)電機(jī)效率下降、發(fā)燒、振動和高頻噪聲。三、諧波對通訊干擾經(jīng)過感應(yīng)方式與通訊線路耦合干擾通訊國際電報(bào)電話咨詢委員會（CCITT）：電話諧波波形系數(shù)電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第19頁2023/4/25206波形畸變與電力諧波四、諧波對電能計(jì)量影響概念：基波功率做功，諧波功率不做功，應(yīng)不計(jì)量。電表計(jì)量時(shí)為基波和各次諧波功率之和對機(jī)械感應(yīng)式電度表：

K1M≈1,在THD=20時(shí)：K3M≈0.6，K5M≈0.4，K7M≈0.28對電子式電度表：

K1M=KhM=1可見：機(jī)械感應(yīng)式電度表更能反應(yīng)實(shí)際情況。電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第20頁2023/4/25216波形畸變與電力諧波圖：基涉及諧波有功時(shí)尚對線性用戶對非線性用戶因?yàn)楸憩F(xiàn)為諧波影響使少計(jì)電量遠(yuǎn)大于多計(jì)電量，二者差額表現(xiàn)為供電線損率有所增大。結(jié)論：在計(jì)量上有利于非線性用戶，不利于線性用戶和電力部門。電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第21頁2023/4/25226波形畸變與電力諧波6.5諧波諧振與放大

諧波感性電抗：；容性電抗從諧波源處看，在諧波頻率下，并聯(lián)電容器與系統(tǒng)等值電感為并聯(lián)關(guān)系，若諧振頻率落在某次諧波上，可引發(fā)諧振過電壓。若：Ish>Ih，系統(tǒng)諧波電流放大Ich>Ih，電容器諧波電流放大Ish，Ich>Ih，諧波嚴(yán)重放大電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第22頁2023/4/2523為預(yù)防出現(xiàn)諧波諧振可能，常在電容器上配置一定電抗器，設(shè)分別是以為基值系統(tǒng)電抗率和電抗器電抗率

6波形畸變與電力諧波

電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第23頁2023/4/25246波形畸變與電力諧波諧振狀態(tài)，并聯(lián)諧振電容器全諧振，串聯(lián)諧振第一臨界狀態(tài)，電容支路呈容性第二臨界狀態(tài)，電容支路呈感性電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第24頁2023/4/25256波形畸變與電力諧波三次諧波問題 并聯(lián)電容器后，對三次諧波有放大作用，應(yīng)引發(fā)注意電阻性負(fù)荷作用 起阻尼作用，普通線路電阻可有效抑制諧振發(fā)生電網(wǎng)內(nèi)電壓波形畸變和電力諧波專家講座第25頁2023/4/25266波形畸變與電力諧波6.7電容器與串聯(lián)電抗器電壓和電流一、無功功率賠償引發(fā)母線電壓升高

Xd、Sd為母線短路阻抗、短路容量。二、電容器與串聯(lián)電抗器電壓和電流 設(shè)電容器與串聯(lián)電抗器基波電抗