有源电力滤波器及其在电气化铁道电能质量控制中应用

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1、第2页西南交通大学博士研究生学位论文1．2国内外发展现状1．2．1谐波的产生、危害及研究现状电网谐波主要来自三个方面阳1：一是发电源质量不高产生谐波，发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称等原因会产生谐波电压；二是输配电系统产生谐波，主要由电力变压器的工作特性及制造工艺产生；三是用电设备产生谐波，如各种整流设备、变频装置、家用电器等。在发电环节，对发电机的结构和接线采取一些措施后，可以认为发电机供给的是具有基波频率的正弦波形电压。随着电力电子技术的飞速发展，用电设备中电力电子设备等非线性负载从电网取用非正弦电流而产生的谐波日

2、益增多，包括各种整流装置、电压源型变流器、变速驱动、电弧炉、开关电源等。谐波对电力系统的危害是多方面的，主要有以下几个方面⋯：1、对供电设备的危害(1)谐波使变压器和发电机损耗增大、噪声增大，降低输出功率；(2)当电网存在谐波时，投入电容器后其端电压增大，电容器过流异常发热，绝缘介质加速老化，严重时会使电容器鼓肚、击穿或爆炸；(3)谐波使电力线缆过热、绝缘老化，使导线集肤效应明显，交流电阻增大。2、对用电设备的危害(1)谐波引起异步电动机转子表面涡流损耗、增加电枢的漏电抗从而增加了电动机的附加损耗，降低工作效率，严重时使电动机过

3、热损坏；(2)低压开关设备如各种断路器、晶闸管触发装置等可能因谐波产生误动作；(3)对通讯系统产生干扰，降低信号的传输质量，破坏信号的正常通道，甚至损坏通讯设备。3、对电网的危害(1)影响电网的质量，增加电能损耗，影响电网及各种电气设备的经济运行；(2)影响线路的稳定运行，供配电系统中的电力线路与电力变压器一般采用电磁式继电器、感应式继电器或晶体管继电器予以检测保护，它们易受谐波影响，产生误动或拒动，谐波将严重威胁供配电系统的稳定与安全运行；(3)谐波增大了电网中发生谐波谐振的可能性，导致过电压或过电流。西南交通大学博士研究生学

4、位论文第3页美国电工学家Steinmetz(斯坦梅茨)早在1916年就开始对三相电力系统谐波进行研究，那时主要关注变压器和电机产生的三次谐波电流问题，Steinmetz首先提出采用三角(delta)连接减少三次谐波电流流入系统。随着电力系统的发展，谐波问题也复杂化，仅靠改善制造工艺远不能满足要求。近二十多年来电力系统谐波问题在世界范围内得到了十分广泛的关注，国际电工委员会(IEC)、国际大电网会议(CIGRE)、国际供电会议(CIRED)和美国电气和电子工程师协会(IEEE)等国际性学术组织，都相继成立了专门的电力系统谐波工作组

5、，制订了限制电力系统谐波和用电设备谐波的相关标准H~1¨。随着我国经济的高速发展，直流输电和柔性交流输电技术广泛应用，电气化铁道快速发展，化工、冶金、煤炭等工业部门中大量应用电力电子设备等等，使得电力系统的谐波问题日益严重，国家把对谐波的管理、监测和治理都摆到了十分重要的位置，并制订了相应的谐波标准n2~1劓。常用总谐波畸变率(TotalHarmonicDistortion，THD)来描述谐波对电力系统的影响，它被定义为谐波分量有效值和基波分量有效值的比率。式(卜1)为谐波电压畸变率和谐波电流畸变率的表达式，用于指示含有谐波的周

6、期波与纯正弦波的偏离程度，通常各种谐波标准里都规定了不同电压等级下的最大总谐波畸变率限值。T～掣—■一彻。：军谐波作为电力系统研究的一个重要方面，对它的研究除了谐波理论本身外，还包括设备制造商和电力企业的标准协调、谐波畸变率可接受度的制定、谐波应该在电源处还是电力设备中被抑制等问题。概括起来有关谐波问题的研究可以划分为以下四类：(1)与谐波有关的功率定义和功率理论的研究；(2)谐波分析以及谐波影响和危害的分析；(3)谐波的补偿和抑制；(4)与谐波有关的测量问题和谐波标准的研究。国内外不少学者致力于谐波的研究，提出了各种治理谐波的

7、方案，对电力系统的谐波起到了一定的抑制作用口5~193。但随着谐波源种类和分布的变化，新的问题又不断出现，还有待于进一步研究。第4页西南交通大学博士研究生学位论文1．2．2电能质量标准及其污染治理现状一般地，电能质量定义为：导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差n劓。它包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量四个方面的相关术语和概念。电能质量指标是电能质量各个方面的具体描述，不同的指标有不同的定义，根据国家标准结合发达国家的相关标准，电能质量的各项指标包括频率、谐波、电压偏差、三相不平衡、波动和闪变等。电能质量指

8、标国内外大多取95％概率值作为衡量依据，并需指明监测点。我国迄今为止已颁布了六项电能质量指标的国标，有电压允许偏差、公用电网谐波、电压波动和闪变、三相电压不平衡、电网频率、暂时过电压和瞬态过电压。在一系列电能质量标准所包含的指标中，本文主要针对谐波、无功和负序问