电力系统谐波的检测毕业论文(编辑修改稿)

电力系统谐波的检测毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

的三次谐波明显增加。 由于电网电压偏移在177。 7％以下。 所以发电、变电设备产生的谐波分量鄙比较小，比围家的考核标准低的多，因此发电、变电设备不是影响电网电压渡形方面质量的主要矛盾。 为此，影响电网电压波形质量的主要矛盾是非线性用电设备。 非线性用电没备是主要的谐波源，非线性用电设备主要有以下四大类：第一，电弧加热设备：如电弧炉、电焊机等；第二，交流整流的直流用电设备：如电力机车、电解、电镀等；第三，交流整流再逆变用电没备：如变频调速、变频空调等；第四 ，开关电源设备：如中频炉、彩色电视机、电脑、电子整流器等。 由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等多方面得到了越来越广泛的应用，给电力系统造成大量谐波。 晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，所以给电网带来的是另一部分的缺角正弦波，显然留下部分中含有大量的谐波。 据有关部门统计表明：由整流装置产生的谐波占有所有谐波的近 40％，它是最大的谐波源。 变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了移相控制，谐波成分很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较 大，随着变频调速的发展，对电力系统造成的谐波就越来越多。 电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因为有调压整流装置，会产生较大的奇次谐波。 洗衣机、电风扇、空调等有绕组的设备中，因为不平衡电流的变化也能使波形改变。 这些家用电器虽然功率不大，但是数量巨大，也是谐波的主要源头之一。 燕山大学毕业设计（论文） 12 电力系统谐波的危害 对电机的危害 (1)对同步电机的影响 ： 定子绕组为星形接法的旋转电机接受的高次谐波电流通常只含有正序和负序分量。 定子中第 h次谐波电流的正序和负序分量分别形成正向和反向旋转磁场，转速均为 h倍的同步转速。 因此，同步电机的转子就分别感应出(h1)和 (h+1)次谐波电流。 但其主要部分并不在转子绕组中流动，而是在转子表面形成环流。 高次谐波电流在发电机定子中同样有集肤效应。 在定子的双层绕组中，高次谐波电流主要在沿槽高度的上层线棒里产生附加损耗，并且比下层线棒里的相应附加损耗要大好几倍。 谐波电流对隐极式同步电机的定子零部件，也能引起严重问题，甚至构成制约条件。 谐波电流在旋转电机中产生的附加损耗，在一般情况下，转子的附加损耗比定子的附加损耗大得多。 (2)对感应电动机的影响 感应电动机由于转子导线尺寸比 定子导线的尺寸大得多，所 以随着电流频率的上升，转子电阻的增加比定子电阻的增加更快。 尽管如此，在谐波和其他因素的综合作用 下，可使定子绕组局部发热问题相当严重。 由于感应电动机的负载 般都是固定连接的，在受到谐波影响时，不能临时降低负载来避免异常过热和缩短寿命，在确定允许的谐波电压时，应使绝大多数电动机在谐波电压下不至过分增大消耗寿命的速度。 感应电动机承受的谐波电压折算等价基波负序电压。 折算公式为： 式中 Ueq为等价基波负序电压； hU 为第 h次谐波电压； m为系数，且 m≤ 1。 作为静止设备的变压器，在谐波潮流图中，它既是谐波源同时又是传输其他谐波源产生谐波的中间环节。 当直流电流、低频电流地电流流入变压器绕组时，变压器产生严重磁饱和，使其中的谐波电流增大，以致威胁1 2ea )/(= U h mh hU燕山大学毕业设计（论文） 13 设备本身和电网的安全运行。 来自其他谐波源并流过变压器的谐波电流，在谐振条件下，也能损害变 . 压器。 谐波电流除了引起变压器绕组附加发热外，对外壳、外层的钢片和某 些紧固零件引起发热，甚至会引起严重的局部过热。 除此之外，谐波还导致变压器噪声增大，有时还发出金属声。 谐波会大大增加电力变压器的铜耗和铁耗，降低变压器的有效出力，谐波导致的噪声会使变电所的噪声污染指数超标，影响工作人员的身心健康。 由于以上量方面的损耗增加，因此要减少变压器的实际使用容量。 对线路的危害 谐波对供电线路产生了附加损耗。 架空线路谐波电流产生热损，较大的高次谐波电流分量能显著地延缓潜供电流的熄灭，导致单相重合闸失败。 电缆中的谐波电流会产生热损，使电缆介损、温升增大，使线路电阻随频率增加而 提高，造成电能的浪费。 由于中性线正常时流过电流很小，故其导线较细，当大量的三次谐波流过中性线时，会使导线过热，损害绝缘，引起短路甚至火灾。 增加了输电线路的损耗，缩短了输电线寿命。 谐波电流一方面在输电线路上产生谐波压降，另一方面增加了输电线路上的电流有效值，从而引起附加输电损耗。 对于架空线路而言，电晕的产生和电压峰值有关，虽然电压基波未超过规定值，但由于谐波的存在，当谐波电压与基波电压峰值重合时，其电压峰值可能超过允许值而产生电晕，引起电晕，损耗增加。 对于电缆输电情况，谐波电压正比于其幅值电压形式增强了介质的 电场强度，这会影响电缆的使用寿命。 据有关资料介绍，谐波的影响将使电缆的使用寿命平均下降约 60%。 对电容器的影响 谐波对电容器的危害是通过电效应、热效应和谐振引起谐波电流放大问。 国内外电网运行经验表明 :受谐波影响而导致的电气设备损坏中电容器占有最大比例。 谐波的存在往往使电压呈现尖顶波形，最不情况是谐波和基波电压峰值的叠加，峰值电压上升使电容器介质更容易发电。 一般来说，电压升高 10%，电容器寿命缩短 1/2。 由于谐波使通过电的电流增加，使电容器损耗增加，从而引起电容器发热和温升，加速老化。 器温升每上 升 8℃，寿命缩短 1/2。 由于电容器的容抗与频率成反比，因谐波电压作用下的容抗要比在基波电压作用下的容抗小得多，从而使谐波电波形畸变比基波电压燕山大学毕业设计（论文） 14 的波形畸变大得多，即使电压中谐波所占比例不大，也生显著的谐波电流。 特别是在发生谐振的情况下，很小的谐波电压就会引起的谐波电流，导致电容器因过流而损。 对继电保护、自动装置工作的影响 谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表剂量不正确。 造成电能计量的误差。 一方面是增加电度表本身的误差，另一方面是谐波源负荷从系统中吸收基波功率而向系统送出谐波功 率。 这样受害的用户既从系统中吸收基波功率，又从谐波源吸收无用的谐波功率，其后果是谐波源负荷用户少付电费，而受害的用户多付电费 :给供电部门或电力用户带来直接的经济损失。 对于配电用断路器来说，全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增大而发热 ,同时由于对电磁铁的影响与涡流影响使脱扣困难，且谐波次数越高影响越大；热磁型的断路器，由于导体的集肤次应与铁耗增加而引起发热，使得额定电流降低与脱扣电流降低；电子型的断路器，谐波也要使其额定电流降低，尤其是检测峰值的电子断路器，额定电流降低得更多。 由此可知，上述三种配电断 路器都可能因谐波产生。 对于漏电断路器来说，由于谐波汇漏电流的作用，可能使断路器异常发热，出现误动作或不动作。 对于电磁接角器来说，谐波电流使磁体部件温升增大，影响接点，线圈温度升高使额定电流降低。 对于热继电器来说，因受谐波电流的影响也要使额定电流降低，在工作中它们都有可能造成误动作。 对其通信系统的影响 谐波对通信线路的干扰，不但可以损害通话的清晰度，由于谐波和基波的综合作用，曾有多次触发电话响起的记载，在极端情况下会威胁通信设备和人员的安全。 其中高压直流换流站换相过程中产生的电磁噪声会干扰电力载 波通信的正常工作，并使利用载波工作的闭锁和继电保护装置误动，影响电网运行的安全性。 本章小结 本章对电力系统谐波作了简单扼要的介绍和分析，介绍了基本的定义及 表达式，从而分析出谐波产生的原因。 再者，分析了电力系统谐波对电力系统及通信系统的影响 ，显示了其巨大的危害。 通过对谐波源谐波产生燕山大学毕业设计（论文） 15 机理的定性分析产生的谐波进行测量和定量计算打下了基础。 同时为对进行电力系统谐波管理确立了目标。 燕山大学毕业设计（论文） 16 第 3章 电力系统谐波的检测 1） 带阻滤波法 这是一种最为简单的谐波电流检测方法，其基本原理 是设计一个低阻滤波器，将基波分量滤除，从而获得总的谐波电流量。 这种方法过于简单，精度很低，不能满足谐波分析的需要，一般不用。 2）带通选频法和 FFT变换法 带通选频方法采用多个窄带滤波器，逐次选出各次谐波分量，基本原理如图 1所示 : 图 ：基本原理图 利用 FFT变换来检测电力谐波是一种以数字信号处理为基础的测量方法，其基本过程是对待测信号 (电压或电流 )进行采样，经 A／ D转换，再用计算机进行傅里叶变换，得到各次谐波的幅值和相位系数。 这两种方法都燕山大学毕业设计（论文） 17 可以检测到各次谐波的含量，但以 模拟滤波器为基础的带通选频法装置，结构复杂，元件多，测量精度受元件参数、环境温度和湿度变化的影响大，且没有自适应能力；后一种检测方法其优点是可同时测量多个回路，能自动定时测。 量。 缺点是采样点的个数限制谐波测量的最高次数，具有较长的时间延迟，实时性较差。 3） 瞬时功率矢量法 1984年，日本学者 ，并在此基础上提出了 2种谐波电流的检测方法： pq法和 ip iq 法。 这 2种方法都能准确地测量对 称的三相三线制电路的谐波值。 ip 一 iq 法适用范围广，不仅在电网电压畸变时适用，在电网电压不对称时也同样有效。 而使用 pq法测量电网电压畸变时的谐波会存在较大误差。 这 2种方法的优点是当电网电压对称且无畸变时，各电流分量 (基波正序无功分量、不对称分量及高次谐波分量 )的测量电路比较简单，并且延时小。 虽然被测量的电流中谐波构成和采用滤波器的不同，因而会有不同的延时，但延时最多不超过 1个电源周期。 如电网中最典型的谐波源 —— 三相整流 器，其检测的延时约为 1／ 6周期。 可见，该方法具有很好的实时性，缺点是硬件多，花费大。 此理论是基于三相三线制电路。 对于单相电路，必须首先将三相电路分解，基于瞬时无功功率理论的单相电路谐波测量框图。 仿真表明该方法是可行的，其检测性能优于以往的单相谐波电流的测量方法。 瞬时无功功率理论解决了谐波和无功功率的瞬时检测及不用储能元件实现谐波和无功补偿等问题，对治理谐波和研发无功补偿装置等起到了很大的推动作用。 4） 傅里叶变换 利用傅立叶变换可在数字域进行谐波检测，电力系统的谐波分析，目前大都是通过该方法实现的，离散傅立 叶变换所需要处理的是经过采样和A/D 转换得到的数字信号，设待测信号为 x(t)，采样间隔为 △ t 秒，采样频率 fs =1/△ t 满足采样定理，即 fs 大于信号最高频率分量的 2 倍，则采样信号为 x(n△ t)，并且采样信号总是有限长度的，即 n=0， 1„„。 这相当于对无限长的信号做了截断，因而造成了傅立叶变换的泄露现象，产生误差。 此外，对于离散傅立叶变换来说，如果不是整数周期采样，那么即使信号只含有单一频率，离散傅立叶变换也不可能求 出信号的准确参数，因而出现栅栏效应。 通过加窗可以减小泄露现象的影响。 5） 小波分析法 燕山大学毕业设计（论文） 18 对于一般的谐波检测，如电力部门出于管理而检测，需要获得的是各次谐波的含量，而对于谐波的时间则不关心，因此傅里叶变换就满足要求。 然而在对谐波电流进行动态控制时，不必分解出各次谐波分量，只需检测出除基波电流外的总畸变电流，但对出现谐波的时间感兴趣，对此傅里叶变换无能为力。 小波变换由于克服了傅里叶变换在频域完全局部化而在时域完全无局部性的缺点，即它在时域和频域同时具有局部性，因此通过小波变换对谐波信号进行分析可获得所对应的时间信 息。 本文将重点介绍 基于瞬时无功功率的谐波测量的检测方法。 三相电路瞬时无功功率理论 的谐波测量 三相电路瞬时无功功率理论 11 231由 、 等提出，随后得到了广泛深入的研究并逐步完善。 该理论突破了传统的平均值为基础的功率定义，系统地定义了瞬时无功功率、瞬时有功功率等瞬时功率量。 以该理论为基础可以得出用于有源电力滤波器的谐波和无功电流实时检测方法。 瞬时有功功率和瞬时无功功率 三相电路瞬时无功功率理论首先于 1983年由赤木泰文提出，经不断研究并逐渐完 、 变换 :实现了三相瞬时电压，电流由静态变换到旋转的。  正交坐标变量作为分析基础。 设三相电路各相电压和电流的瞬时值分别为 ea 、 eb 、 ec 和 ia 、 ib 、 ic 们变换 到  两相正交的坐标系上进行研究。 eeeeecbaba C32 () iiiiicbaba C32 () 燕山大学毕业设计（论文） 19 C32 =232302121132 所示：，如图坐标系电压、电流矢量 。