第六章波形畸变与电力谐波(1).ppt
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第六章第六章第六章第六章波形畸变与电力谐波波形畸变与电力谐波波形畸变与电力谐波波形畸变与电力谐波第一节概述l选用正弦函数交流电波形的理由选用正弦函数交流电波形的理由l谐波问题的提出谐波问题的提出l现代电力系统的现代电力系统的2个显著特点加重了波形个显著特点加重了波形畸变问题畸变问题l谐波的危害和影响谐波的危害和影响供用电频率的演变历程交流交流电波形的选取电波形的选取l1893年年4月,美国电气工程月,美国电气工程师师A.E.Kennelly发表了一发表了一篇论文,他说如果交流电采篇论文,他说如果交流电采用正弦波,就可以引入用正弦波,就可以引入“阻阻抗抗”概念,和直流电路一样概念,和直流电路一样可利用欧姆定律来计算交流可利用欧姆定律来计算交流电路。
电路。
l这篇文章发表后,正弦波立这篇文章发表后,正弦波立即在电气工程领域得到应用即在电气工程领域得到应用。
第一节概述l电力系统已经很难保证纯正弦波形了。
近年来,由于电力电子设备的广泛使用电力系统已经很难保证纯正弦波形了。
近年来,由于电力电子设备的广泛使用导致谐波含量不断增加,谐波已经成为电气工程中一个重要的问题。
导致谐波含量不断增加,谐波已经成为电气工程中一个重要的问题。
l谐波干扰一般由非线性电压谐波干扰一般由非线性电压/电流特性的设备产生。
现在大部分工业、商业和家电流特性的设备产生。
现在大部分工业、商业和家庭负荷都是非线性的,使得低压供电网(乃至高电压等级电网)中的谐波干扰庭负荷都是非线性的,使得低压供电网(乃至高电压等级电网)中的谐波干扰水平成为一个严重问题。
水平成为一个严重问题。
l谐波畸变可以看作是对电力系统(电磁环境)的一种污染,谐波电流总量超过谐波畸变可以看作是对电力系统(电磁环境)的一种污染,谐波电流总量超过一个特定限值时会给系统带来很多麻烦问题。
一个特定限值时会给系统带来很多麻烦问题。
l基于上述原因,现如今电力谐波和与其相关联的电磁干扰问题已经成为基于上述原因,现如今电力谐波和与其相关联的电磁干扰问题已经成为研究的热点。
研究的热点。
1.1.现代电力系统的一个显著特点:
电气元件非线性化现代电力系统的一个显著特点:
电气元件非线性化第一节概述2.现代电力系统一个显著特点:
现代电力系统一个显著特点:
强调功率处理与控制的能力强调功率处理与控制的能力一、以适合于用电负荷需要的最佳电能形态提供电力,满足用户对不同频率、电压、电流、波形及相数的要求,顺应生产与产品多样性、个性化、高效益的发展趋势。
二、随着超大容量的电力电子装置的实用化,现代电力系统正试图将其快速、实时与灵活可控应用于电网的电能输送与分配,达到可靠稳定,高效经济运行的目的。
三、电力系统中的FACTS技术与CUSTOMPOWER技术。
近年来,电力电子技术领域的发展异常迅猛,主要原因有以下近年来,电力电子技术领域的发展异常迅猛,主要原因有以下两点:
两点:
1)1)做为高新技术蓬勃发展的基础和先导,做为高新技术蓬勃发展的基础和先导,功率半导体制造技术功率半导体制造技术的进步的进步使得开关器件的功率处理能力和切换速度有了显著的使得开关器件的功率处理能力和切换速度有了显著的提高,电力电子装置的市场在不断扩大。
提高,电力电子装置的市场在不断扩大。
2)2)微电子技术和计算机技术的革命性进步微电子技术和计算机技术的革命性进步使电力电子装置控制使电力电子装置控制器的性能取得了很大进展;器的性能取得了很大进展;FACTS分类框图大功率器件制造水平迅速提高,大功率器件制造水平迅速提高,大容量电力电子技术应用日益广泛大容量电力电子技术应用日益广泛6kV,6kAGTO全控器件(全控器件(IGBT)已应用于)已应用于200MWHVDC西北华中背靠背联网工程扩建项目360M750M1100MW,330kV,500kV.换流站控制及自动化装置国产化实验在我校重点实验室展开。
能利用控制信号从关断变为导通状态吗可控阀器件可控阀器件能利用控制信号从导通变为关断状态吗导通可控阀器件导通可控阀器件导通状态闭锁阀器件导通状态闭锁阀器件反向截止晶闸管SCR整流二极管D反向导通晶闸管三端双向晶闸管TRIACGTOGTR,MOSFET,IGCTIGBT反向导通GTO不可控阀器件不可控阀器件非导通状态闭锁阀器件非导通状态闭锁阀器件控制信号解除后还保持导通状态吗导通关断可控阀器件导通关断可控阀器件电力电子阀器件按导通关断状态分类电力电子阀器件按导通关断状态分类NNYYNY电流驱动型电压驱动型功率集成器件PID智能模块IPM,功率集成电路PIC电力电子变换的基本方式技术分类电力电子变换的基本方式技术分类输入输入输出输出直直流流交交流流直直流流交交流流直流变换直流变换(直流斩波)逆变换逆变换顺变换顺变换(整流方式)交流变换(CFVV)交流功率调整频率变换(VFVV)相数变换波形变换电压和电流波形严重畸变问题日益突出但是,作为供电电源与用电设备间的非线性接口电路,但是,作为供电电源与用电设备间的非线性接口电路,在完成(实现)功率控制和处理的同时,所有电力电子装置在完成(实现)功率控制和处理的同时,所有电力电子装置都不可避免地产生非正弦波形,都不可避免地产生非正弦波形,向电网注入谐波电流,使公向电网注入谐波电流,使公共连接点共连接点(PCC)(PCC)的电压波形严重畸变,产生很强的电磁干的电压波形严重畸变,产生很强的电磁干扰扰(EMI)(EMI)。
并且随着功率变换装置容量的不断增大、使用并且随着功率变换装置容量的不断增大、使用数量的迅速上升和控制方式的多样性等,电力电子装置潜在数量的迅速上升和控制方式的多样性等,电力电子装置潜在的负作用会日益突出。
的负作用会日益突出。
电力谐波及其危害已成为现代电力系电力谐波及其危害已成为现代电力系统的一大重要问题。
统的一大重要问题。
第一节概述3.电力系统谐波问题的提出电力系统谐波问题的提出从电力工业发展历史来看,电力系统波形畸变问题早在从电力工业发展历史来看,电力系统波形畸变问题早在19351935年年就已被一些德国专家就已被一些德国专家(Rissik.HRissik.H等等)所关注,并有相应的论著发表。
所关注,并有相应的论著发表。
19451945年有了谐波的经典论文年有了谐波的经典论文(付氏分析做为谐波计算的基础付氏分析做为谐波计算的基础)。
但是。
但是其影响与推动远未与实际需求相吻合。
其影响与推动远未与实际需求相吻合。
7070年代初,美国的年代初,美国的KimbarkKimbark教授从教授从HVDCHVDC的研究出发,理论性、的研究出发,理论性、权威性地分析了电力系统谐波问题。
权威性地分析了电力系统谐波问题。
IEEEIEEE也从电力系统谐波工作组报告为始,正式将其列为专门学也从电力系统谐波工作组报告为始,正式将其列为专门学术问题,有组织地加以研究,并且于八十年代(术问题,有组织地加以研究,并且于八十年代(8686)开始每)开始每22年召年召开一次世界性会议并出版论文集。
开一次世界性会议并出版论文集。
第一节概述4.有关谐波问题的若干认识有关谐波问题的若干认识4.1从世界性的能源和环境角度来认识电力系统谐波研究工作的重要性和必要性近年来,全世界科技界普遍关注着被称为世界性的两大问题,即l能源能源(降损节能、合理开发和应用)(降损节能、合理开发和应用),l环境环境(环保意识、环境改善与治理)。
(环保意识、环境改善与治理)。
l绿色(洁净环境,食品,电源绿色(洁净环境,食品,电源.)第一节概述可以说谐波问题是随电力电子技术的出现相伴而产生的,从合理使用能源出发,大量使用大功率电力电子装置(从电能产生到传递,消耗的全过程中都有采用)是必然趋势,是主流方向,但是由此产生的负作用或者说与经典纯正弦波形相违背的结果,带来了电网公害谐波污染,这是与世界性的自然环境问题相类同的电气环境污染问题,而且其影响面更大距离更远。
为此,已有人提出了“电气环境工程学”之说。
第一节概述4.2谐波污染与危害谐波污染与危害由于电力电子变换器是通过高频控制电压和电流的导通与关断从而实现电功率的控制与处理的,它必然形成陡峭的电压和电流变化,产生严重的波形畸变和高频电磁波,统称为电磁干扰EMI。
l干扰途径分类:
1)传导干扰(电压和电流传播与交互影响);2)辐射干扰(电磁感应,静电耦合,电磁辐射)l在工程技术中,电力谐波污染主要表现为:
1)对电网安全稳定和经济运行的影响与危害;2)对与其有牵连的电气信号的干扰与破坏。
第一节概述在电力危害方面:
在电力危害方面:
1)1)旋转电机等的旋转电机等的(换流变压器过载换流变压器过载)附加谐波损耗与发热,附加谐波损耗与发热,缩短使用寿命(由此,也有人认为谐波标准应当以能量缩短使用寿命(由此,也有人认为谐波标准应当以能量大小来估计更重要大小来估计更重要)。
2)2)谐波谐振过电压,造成电气元件及设备的故障与损坏。
谐波谐振过电压,造成电气元件及设备的故障与损坏。
3)3)电能测量的定义和方法不适应。
电能测量的定义和方法不适应。
第一节概述在信号干扰方面:
在信号干扰方面:
1)1)对通信系统产生电磁干扰,使电话通讯质量下降对通信系统产生电磁干扰,使电话通讯质量下降.2)2)重要和敏感的自动控制、保护装置不正确动作重要和敏感的自动控制、保护装置不正确动作.3)3)危害到功率处理器自身的正常运行危害到功率处理器自身的正常运行.第一节概述4.3污染与综合治理污染与综合治理对自然界可能出现的各种危害与隐患,科学的处理对自然界可能出现的各种危害与隐患,科学的处理方法通常是以预防为主,即所谓防患于未然。
而事实方法通常是以预防为主,即所谓防患于未然。
而事实上,正象世界上对自然环境污染的治理情形一样,对电上,正象世界上对自然环境污染的治理情形一样,对电力系统的谐波危害也出现了力系统的谐波危害也出现了“先污染,后治理先污染,后治理”的现状。
的现状。
电力行业谐波管理规定中强调电力行业谐波管理规定中强调,谐波污染的综合治理谐波污染的综合治理应采取应采取“谁污染谁污染,谁治理谁治理”的原则的原则。
第一节概述l综合治理的工作应包含以下几个方面:
综合治理的工作应包含以下几个方面:
l1)抑制谐波电流的发生与注入;抑制谐波电流的发生与注入;l2)改善装置的功率因数与无功功率的补偿;改善装置的功率因数与无功功率的补偿;l3)滤波器最佳安装位置的合理选择;滤波器最佳安装位置的合理选择;l4)电磁干扰的消除与电磁兼容性;电磁干扰的消除与电磁兼容性;l5)多种功能一体化处理;多种功能一体化处理;l6)普遍采用具有法规约束的措施,改变先污染后治理普遍采用具有法规约束的措施,改变先污染后治理的被动局面。
的被动局面。
第一节概述l谐波的防治主要应从以下两方面采取技术措施:
谐波的防治主要应从以下两方面采取技术措施:
l1)从电网的整体角度出发,在系统的谐波主要危害点从电网的整体角度出发,在系统的谐波主要危害点采取采取就近补偿就近补偿措施,阻止谐波电流注入系统,使危害措施,阻止谐波电流注入系统,使危害限制在最小范围;限制在最小范围;l2)针对具体谐波源特性,在设计电力电子装置时就应针对具体谐波源特性,在设计电力电子装置时就应考虑在电路上和控制策略上采取有效的校正手段,最考虑在电路上和控制策略上采取有效的校正手段,最终做到终做到就地消除就地消除谐波源。
谐波源。
第一节概述5.谐波研究工作的进展谐波研究工作的进展1985年,国际上第一本由新西兰著名教授J.ARRILAGA等合写的“电力系统谐波”专著出版,较详细、系统地阐述了这方面的知识。
2008年由中国电科院对新版本翻译出版。
1988年,我国电力专家和教授吴竞昌、孙树勤等人合作编著了“电力系统谐波”。
后改写为“供电系统谐波”,至今仍为普遍需求的读本。
谐波研究工作的进展和国际研究动态l1993年我国国家技术监督局正式颁布了“电能质量公用电网谐波”国家标准,使谐波管理工作逐渐规范化、科学化,法规化。
由此推动各个电力公司建立了谐波监测站。
2008年该标准开始
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- 第六 波形 畸变 电力 谐波