《电力系统谐波成因分析及谐波潮流计算》.pdf

谐波和补偿是两个不同的概念，谐波大多是和功率因数一起来说的，而补偿 一般是说的无功补偿，也既无功功率补偿，下面给你简单介绍一些，电力系统谐 波成因分析及谐波潮流计算。 一、引言 一个理想的电力系统是以单一恒定频率与规定幅值的稳定电压供电的。但实 际上，由于近年来随着科学技术的不断发展，在电力系统中大功率整流设备和调 压装置的利用、高压直流输电的应用、大量非线性负荷的出现以及供电系统本身 存在的非线性元件等使得系统中的电压波形畸变越来越严重，对电力系统造成了 很大的危害，如：使供电系统中的元件损耗增大、降低用电设备的使用寿命、干 扰通讯系统等。严重时甚至还能使设备损坏，自动控制失灵，继电保护误动作， 因而造成停电事故等及其它问题。所谓“知己知彼，百战不殆”，因此，要实现 对电网谐波的综合治理，就必须搞清楚谐波的来源及电网在各种不同运行方式下 谐波潮流的分布情况，以采取相应的措施限制和消除谐波，从而改善供电系统供 电质量和确保系统的安全经济运行。 二、电力系统谐波的来源 电力系统中谐波源是多种多样的。主要有以下几种： 1、系统中的各种非线性用电设备如：换流设备、调压装置、电气化铁道、 电弧炉、荧光灯、家用电器以及各种电子节能控制设备等是电力系统谐波的主要 来源。这些设备即使供给它理想的正弦波电压，它取用的电流也是非线性的，即 有谐波电流存在。并且这些设备产生的谐波电流也会注入电力系统，使系统各处 电压产生谐波分量。这些设备的谐波含量决定于它本身的特性和工作状况，基本 上与电力系统参数无关，可视为谐波恒流源。 2、供电系统本身存在的非线性元件是谐波的又一来源。这些非线性元件主 要有变压器激磁支路、交直流换流站的可控硅控制元件、可控硅控制的电容器、 电抗器组等。 3、如荧光灯、家用电器等的单个容量不大，但数量很大且散布于各处，电 力部门又难以管理的用电设备。如果这些设备的电流谐波含量过大，则会对电力 系统造成严重影响，对该类设备的电流谐波含量，在制造时即应限制在一定的数 量范围之内。 4、发电机发出的谐波电势。发电机发出谐波电势的同时也会有谐波电势产 生，其谐波电势取决于发电机本身的结构和工作状况，基本上与外接阻抗无关。 故可视为谐波恒压源，但其值很小。 三、电力系统谐波潮流计算 所谓电力系统谐波潮流计算，就是通过求解网络方程 IN ＝YNUN （N＝3，5， 7„。。。N：谐波次数。IN 为谐波源负荷注入电网的N 次谐波电流列向量。YN 为 电网的N 次谐波导纳阵。UN 为电网中各节点母线的N 次谐波电压列向量）。求得 电网中各节点 （母线）得谐波电压，进而求得各支路中的谐波电流。 当电力系统中存在有谐波源时，此时系统中个接点电压和支路电流均会有高 次谐波。为了确定谐波电压和谐波电流在供电系统中的分布，需要对谐波阻抗构 成的等效电路进行潮流计算，同时当整流装置供电系统中有容性元件存在时，还 要根据各支路谐波阻抗的性质和大小，来检验有无谐振的情况。进行谐波潮流计 算，首先必须确定电网元件的谐波阻抗。 3.1 电网各类元件的谐波阻抗： （1）同步发电机的谐波阻抗 合格的发电机的电势是纯正弦的，不含有高次谐波，其发电机电势只存在于 基波网络。在高次谐波网络里，由于发电机谐波电势很小，此时可视发电机谐波 电势为零。故其等值电路为连接机端与中性点的谐波电抗××××。 其中 XGN＝NXG1－－－－－－－－－－－－－ （1）式中 XG1 为基波时发电 机的零序、正序或负序电抗，有该次谐波的序特性决定如果需要计及网络损耗， 对于发电机，可将其阻抗角按85 度估计，对于输电线，变压器和负荷等元件的 等值发电机，可将其阻抗角按75 度估计。 （2）变压器的谐波阻抗 电力系统谐波的幅值常是随着频率的升高而衰减，故在基波潮流计算尤其是 高压电网中，常忽略变压器的激磁支路和匝间电容。在计算谐波电流时，只考虑 变压器的漏抗，且认为与谐波次数所认定的频率成正比。在一般情况下，变压器 的等值电路就简化为一连接原副边节点的谐波电抗××××其中×××为变压 器基波漏电抗。在高次谐波的作用下，绕组内部的集肤效应和临近效应增大，这 时变压器的电阻大致与谐波次数的平方成正比，此时的变压器谐波阻抗为：ZN ＝SQRT （N）RT1＋JNXT1 （3）其中RT1 为基波时变压器的电阻。 对于三相绕组变压器，可采用星型等值电路，其谐波阻抗的计算方法通上。 当谐波源注入的高次谐波电流三相不对称时，则要根据变压器