文档介绍：谐波抑制和无功补偿
绪论
电能质量的好坏,直接影响到工业产品的质量,评价电能质量有三方面标准。首先是电压方面,它包含电压的波动、电压的偏移、电压的闪变等;其次是频率波动;最后是电压的波形质量,即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率,也就是谐波所占的比重。我国对电能质量的三方面都有明确的标准和规范。
随着科学技术的发展,随着工业生产水平和人民生活水平的提高,非线性用电设备在电网中大量投运,造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。它不仅增加了电网的供电损耗,而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行,造成了这些装置的误动与拒动,直接威胁电网的安全运行。举个常见的例子来说,电子节能灯在使用量所占比重较小的电网中运行,的确比常用的白炽灯好,不仅亮度高又省电,而且使用寿命也长。但是相反,在大量投运节能灯后,就会发现节能灯的损坏率大大提高。这是由于节能灯是非线性负荷,它产生较大的谐波污染了这一片电网,造成三相负荷基本平衡情况下,中心线电流居高不下,造成了该片电网供电质量下降,用电设备发热增加,电网线损增加,使得该区的配变发热严重,严重影响其使用寿命。因此我们对非线性用电设备产生的谐波必须进行治理,使谐波分量不超过国家标准。
第一章基础概念
电力系统的组成
电力系统是由发电、输电、用电三部分组成。其中过程为发电厂发电经升压变压器升压并网,再由输电网络输送的各个变电站,变电站进行降压后输送给各个用户,用户经过再一次降压后给用电设备供电。主要设备为发电机、升压变压器、输电网络、降压变压器、用电设备及二次保护系等组成。
发电机的电压等级一般为6KV、10KV,输电网络为110KV、220KV、500KV,配电网络为10KV、35KV,用电设备一般为380V、220V。
我国电力系统采用三相50HZ交流供电。
功率的概念
在供电系统中,通常总是希望交流电压和交流电流时正弦波形(不含有谐波的情况下),正如电压为:
U?t??
式中 2Usinωt U------电压有效值
ω--------角频率
f---------频率(50HZ) ??2?f
正弦电压施加在线性无源负载上如电阻、电容、电感上时,其电流的表达式为:
I?t??2Isin?ωt???
I--------电流有效值
φ--------相位角
电压和电流的关系从相位图上看如:(绿色为电压,红色为电流)
视在功率为: S?UI
有功功率为: (KVA)
P?UIcos? (KW)
无功功率为:
Q?UIsin? (Kvar)
在正弦交流电路中,有功功率P 是用来做功的,是负载消耗掉的真正的功率。而无功功率Q通常是电源和储能元件之间进行的能量交换,是不用来真正做功的。
对于电机和变压器等电气设备来说,其视在功率S直接反应了线路中电流有效值的大小。S也是变压器等设备功率的最大可利用量。我们的理想情况是P=S,这样电气设备的容量充分的利用。
其中三者之间的关系如:
S2?P2?Q2
我们平时所说的功率因数
Pcos?? S
在谐波存在的情况下功率因数会减小
对于三相电路来说:
UA?t??
UB?t??2Usinωt 2Usin(ωt?120?)
UC?t??2Usin(ωt?120?)
其中UA、UB、UC为三相的相电压,
UAB(t)?UA(t)?UB(t)?UAsin(?t?30?) UAB、UBC、UCA为三相线电压,其中UAB
电压的?3UA线电压为相倍
人们常说的电压为线电压,电流为相电流,三相功率为A、B、C相功率的总和。即
S?P?Q?UI 3UIcos? 3UIsin?
无功功率在电力线路上引起的电压降(电压损失)为:
Q?U?U?Sd
谐波的概念
供电系统的谐波是有系统中电力元件的非线性引起的,下面以单相整流电路为例引出谐波的概念。
从上图可以看到
电压 u=sin(wt+a)
电流 i=id
电流i经过傅里叶级数分解后得到
11i?id(sinwt?sin3wt?sin5wt?...)?35
4
从而可以看出正弦电压u加在整流设备上后,电流波形不在是正弦波,而变成了直流波形。在直流波形i中就含有3、5、7…等谐波的存在。
一个畸变的波形是由不同频率的正弦波组成,即一个基本频率下的基波加上一系列的整数倍的谐波分量。
典型的谐波叠加
谐波的表示方法:
? n次谐波电压含有率
UnHRUn??100% U1
Un———第n次谐波电压有效值 U1———基波电压有效值? n次谐波电流含有率
HRIn?In?100% I1
In—