文档介绍：电气化铁道并联综合补偿及其应用 1 . 谐波定义供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解,除了得到与电网基波频率相同的分量,还得到一系列大于电网基波频率的分量,这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值( n=fn/f1) 称为谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波,称为非谐波( Non-harmonics) 或分数谐波。谐波实际上是一种干扰量,使电网受到“污染”。电工技术领域主要研究谐波的发生、传输、测量、危害及抑制,其频率范围一般为2≤n≤ 40 。 4 谐波及谐波阻抗特性 概述 2 用 Fourier 级数表示( ) ( ), 0,1, 2, f t f t kT k ? ???设用周期为 T的函数表示实际畸变电流或电压 0 1 1 ( ) sin( ) n n n f t a a n ? ???? ? ??交—直型电力牵引负荷是单相整流负荷,主要含有奇次谐波) sin( 2)( 1 1 n n ntnIti?????? 3 谐波的产生向公用电网注入谐波电流或在公用电网上产生谐波电压的电气设备称为谐波源。 ,例如带有功率电子器件的变流设备,交流控制器和电弧炉、感应炉、荧光灯、变压器等。这些设备取用的电流是非正弦形的,其谐波分量使系统正弦电压产生畸变。谐波电流的量取决于谐波源设备本身的特性及其工作状况,而与电网参数无关,故可视为恒流源。 4 第一种谐波产生方式:非正弦电压作用于线性网络。从线性网络观之,可视非正弦电压为内阻很低的谐波电压源,或直接视为谐波电压源。电力系统中这类谐波源主要描述处于逆变状态下的换流装置对交流系统的作用。第二种谐波产生方式:正弦电压作用于非线性系统。从交流系统看非线性系统,则非线性系统表现为内阻很低的谐波电流源,或直接视为谐波电流源。具有非线性特性的电气设备是主要的谐波源,谐波电流的量取决于谐波源设备本身的特性及其工作状况,而与电网参数无关,故可视为恒流源。 5 1、非线性电磁耦合装置几乎所有带铁芯的装置,像电力变压器、静止补偿装置的饱和电抗器等通常都具有非线性伏安特性,故即使正弦电压作用下也会使电流波形畸变,其中以 3次谐波为主。磁路严重饱和(如暂态过程中的直流分量作用)时,电流波形畸变加剧, 除3次及 3的整数倍谐波电流外的高次谐波愈加显著,同时也使系统电压的波形畸变。一般变压器和电抗器的空载合闸涌流可达额定电流的 6~8 倍,此时谐波分量极为明显。但正常工作时变压器的饱和非线性及产生的谐波可予不记,而饱和电抗器的正常工作产生的谐波通常因配有较好的滤波装置而不对交流系统产生过大影响。 6 2. 换流装置相对三相系统而言,这些换流装置可进一步分为对称换流装置和不对称换流装置。对称换流装置中最简单的和具有原理性的是三相换流桥, 它又分为三相全控(使用 6晶闸管即可控硅)桥,三相半控(用 3个可控硅和价格便宜的 3支二极管)桥和三相不控(用 6 支二极管)桥三种。三相不控桥:整流,自然换相,电压不可调半控桥:整流,改变三支可控硅的控制角可调电压全控桥:整流,逆变,电压可调 7 p相换流装置,其谐波次数为 12?? kp n认为直流侧输出理想直流电流时,则交流侧(波形为方波) 的谐波电流含量 n a n1?相数倍增法。工程中有 6相, 12 相, 24 相等的应用,并通过 3-相变压器(配以移相装置)完成倍相变换。 p相换流装置正常工作时只产生部分奇次谐波而不产生偶次谐波。 8 广义地看,基波以外的频率信号都称之为谐波。通常, 谐波: 把基波整倍数频率的正弦信号分量称为谐波分数谐波: 基波分数倍数的谐波称为分数谐波次谐波: 小于 1的分数对应的谐波称为次谐波(中)间谐波: 大于 1的分数对应的谐波称为交互谐波或中间谐波。特征谐波是指定系统(装置)正常运行所产生的谐波。如三相整流桥产生的 5、7、 11 、 13 、 17 、 19 等次谐波为其特征谐波,电力机车产生的 3、5、7、9等次谐波以外的谐波称为非特征谐波,它通常在 3及以上相的换流装置中因电压不平衡、相或触发不对称以及其他不正常情况下而造成。 9 变压器激磁电流中含有 3,5,7 等各次谐波分量。由于变压器的原副边绕组中总有一组为角形接法,为 3 次谐波提供了通路,故 3 次谐波电流不流入电网。但当各相激磁电流不平衡时,可使 3 次谐波的残余分量(最多可达 20% )进入电网。当电网接有多个谐波源时,由于各谐波源的同次谐波电流分量的相位不同,其和将小于各分量的算术和。 10