电力系统谐波检测与治理问题研究.doc

1、 山东大学硕士学位论文电力系统谐波检测与治理问题研究姓名：荆锴申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：田立军20090430在实际 工 程中 应 用快速傅 立叶变 换出 现的问题 和解 决方法 。谐 波 源 的定 位 和检 测是 谐 波 检 测 中 很重 要 的一个部 分 ， 本 文 介 绍 了谐 波 源 定 位 和检 测 的几种 方法 ， 并比 较 了这 几种 方法 的优 缺点， 对 实际 工 程中 应 用广 泛 的功 率 方向法 进 行了分 析 ，指出 了功 率 方向法 在谐 波 源 定 位 中 的局限性， 并 通 过 算 例 仿 真 比 较 形 象 的指出 了功 率 方向法

2、的不 足 。谐 波 放大 问题 是 变 电站无 功 补 偿 中 比 较 大 的谐 波 问题 ， 文 中对 谐 波 放大 的原因 进 行了分 析 并 介 绍 了抑 制谐 波 放大 的措 施 ， 并 根据 实际 变 电站发 生的事 故 对 变 电站的参 数进 行分 析 ， 给出 了该 变 电站无 功 补 偿 的等值 电路 ， 通过 计 算 得出 导 致 该 变 电站谐 波 放大 的谐 波 次数， 并 根据 谐 波 放大 的抑 制措 施 ， 计算 出 采 取 谐 波 放大 抑 制措 施 后 可得 到 的谐 波 放大 抑 制效果 。关 键词： ， ， 本 人郑 重 声 明：所呈 交 的学 位 论 文

3、， 是 本 人在 导 师的指 导 下 ， 独立进 行研 究所取得的成 果 。 除 文 中 已经 注明引 用 的内 容 外 ， 本 论 文 不包 含 任 何 其 他 个 人或集 体 已经 发 表 或撰 写 过的科 研 成 果 。 对 本 文 的研究作 出 重 要 贡 献的个 人和 集 体 ， 均 己在 文 中 以 明确 方式 标 明。 本 声 明的法律 责 任 由 本 人承 担 。关 于学 位 论 文使 用 授权的声 明本 人完 全 了 解 山 东 大学 有关 保 留、 使 用 学 位 论 文 的规 定， 同 意学 校 保留或向 国 家 有关 部 门或机构送 交 论 文 的复印 件 和 电 子

4、版 ， 允 许论 文 被查 阅和 借 阅； 本 人授权山 东 大学 可 以 将 本 学 位 论 文 的全 部 或部 分 内 容 编入 有关数 据 库进 行检 索， 可 以 采用 影 印 、 缩 印 或其他 复制 手段保 存 论 文 和 汇 编本学 位 论 文。 导 师签 名 ：第 一章随 着现 代工 业技 术 的 不 断进 步发展 ， 整 换流 设 备 和 电弧 炉 等非 线 性用 电设 备在冶金、 化工 、 电气 化铁 路 和 直 流 输 电技 术 等领 域 得到 了 广 泛应 用 ， 为 带 动 经 济的 发展 起 到 了 积极 的 作用 。 然 而 ， 作为 供电电源与用 电设 备 间

5、的 非 线 性接 口 ， 所有的 电力电子 装置 在实 现 功率 控 制和 处理的 同 时 ， 都 不 可避 免 的 产生非 正 弦 波形， 向 电力系 统 注 入谐 波 电流 使 公 共 连 接 点的 电压 波 形严重 畸 变 ， 并 产生很强 的电磁 干 扰， 对 电力系 统 的 安全 、 优质 、 经 济运 行 构成 潜 在的 威 胁 ， 给周围 的 电气环 境 带 来 很大 的 污 染 。 电力系 统 谐 波 影 响面 很广 ， 范围 很大 ， 被 认为 是 电力系 统的 一大 公 害 。 电力系 统 谐 波 及 其 治理的 研 究 已 经 严峻 的 摆在了 电力科 技 与工 程管理人

6、 员 面 前。变 压 器 的 谐 波 电流 是 由 其 励 磁 回 路 的 非 线 性引起 的 ， 励 磁 电流 的 谐 波 含 量 和铁 心 饱和 程度 直 接 相 关 ， 即 和 其 所 加 的 电压 有关 。 正 常 情 况 下 ， 所 加 电压 为 额定电压 ， 铁 心 基 本 工 作在线 性范围 内 ， 谐 波 电流 含 量 不 大 。 但 在轻 载时 电压 升 高 ，铁 心 工 作在饱和 区 ， 谐 波 电流 含 量 就 会 大 大 增 加。 另 外 ， 在变 压 器 投 入运 行 过 程、暂态扰动 、 负 载剧 烈 变 化及 非 正 常 状 态运 行 时 ， 都 会 产生大 量

7、的 谐 波 。由 于 电弧 炉 在工 作的 时 候反复 的 将 电极 开路 和 短 路 ， 电弧 不 稳 定 ， 负 载不 平山 东大 学 硕 士 学 位 论 文的 以 上 ， 而且 分 布 很 广 ， 因此 ， 电 力 机车 是影响 面 较 大 的 污 染 源 。波电 流 在 电 网 中 的 流 动 会在 线路上 产 生 有 功 功 率损 耗 ， 它 是电 网 线路损 耗 的 一 部分 。 一 般 来 说 ， 谐波电 流 与基波电 流 相 比 所 占比 例 不 大 ， 但 谐波频 率高， 导 线的集肤 效 应 使 谐波电 阻 比 基波电 阻 增 加 得 大 ， 因此 谐波引起的 附 加 线路

8、损 耗 也 增大 。 谐波源 吸 收 的 谐波有 功 功 率常 常 对 产 生 谐波的 装 置 本 身 是有 害 无 益 的 ， 谐波源 发 出 的 谐波有 功 功 率也 给接在 电 网 上 的 其它 用电 设 备 带 来 危 害 ， 并 增 加 功 率损耗 。 对 于 采 用电 缆的 输 电 系统 ， 谐波除 了引起附 加 损 耗 外 ， 还 可 能使 电 压波形 出准 确。 电 力 系统 中 的 谐波会改 变 保护继 电 器 的 性 能， 引起误动 作 或 拒 绝 动 作 。 不同 类 型的 继 电 器 工 作 原 理 和 设 计 性 能不 同 ， 因此 谐波对 其影响 也 有 较 大 的

9、 差 别 。谐波对 大 多数继 电 器 的 影响 并 不 太 大 ， 但 对 部 分 晶 体 管 型继 电 器 可 能会有 很 大 的影响 。 电 力 测 量 仪 表通常 是按工 频 正弦 波形 设 计 的 ， 当有 谐波时 ， 将会产 生 测 量误差 。使 用 寿命缩 短。 谐 波 的 检 测 和 治 理简述波 变 换 、 神 经 网络 。 但 是 限 于 计 算 量和 硬 件的 计 算 速 度 ，很多 的 方 法 都无法 在工山 东大 学 硕 士 学 位 论 文无源 滤波 器 是 通 过 串 联或并联，使 其在某 次 谐 波 产 生谐 振 ，当 发 生串联谐 振 时 ，使 滤波 器 两 端

10、 该次 谐 波 的 电 压 很小，几 乎 接 近 零，这 类 滤波 器 往 往 接在变 压 器 的 二 次 侧 出口处，从 而 使 变 压 器 的 一 次 侧 该次 谐 波 的 分量也很小，达 到对该次 谐 波 治 理的 目的 。 串 联无源 滤波 器 多 用 于 对 、 次 谐 波 治 理中，而且 往 往 同 时 采用 两 组以 上 滤波 器 ，谐 振 在 次 ，同 时 起 补偿 电 容 器 组的 作用 。目前 ，在电 力行 业 中，它 多 用 于 变 电 所的 母 线 上 ，两 组滤波 器 中的 电容 器 容 量大 于 变 电 所无功补偿 容 量。第 二章 鲁 枷。式中式中谐波 电 压含

11、和 谐波 电 流 含 量如 分 别定 义 为 ：山 东大 学 硕 士 学 位 论 文 电力系 统 谐 波 有 关 标 准为 使 电力系 统 及其 用 电设 备 安全 经济 运行，国 际 电工 组 织 规 定 了谐 波 标 准 ，含 量的 各 种 标 准 、 导则和 规 定 。谐 波 标 准 是 指 注 入电网 的 谐 波 电压 虻 缌 允 许 限值。谐 波 源 注 入电网 的 谐波 电压 虻 缌 应控 制 在 谐 波 标 准 允 许 限值以内，表 ， 分 别给出了我 国的 国 家电压 和 电流 谐 波 标 准 。除 此之 外，谐 波 标 准 还 包括 ： 谐 波 源 连 接点注 入电网的 谐

12、波 电流 允 许 限值、 谐 波 源 产生 的 谐 波 电压 允 许 限值等 。在 此只 给出公 用 电网的 谐 波 标 准 。各 次 谐 波 电压 含 有 率 奇次甇标 准 电 压 甇谐 波 次 山 东大 学 硕 士 学 位 论 文目前 谐 波 分 析 的主 要 方 法有 ：神 经 网络 是一种从 不同角度 、 功能来模 拟 动 物 神 经 系 统的技 术 ， 由 大 量 处 理单元 广泛 互 联 而 成 ， 基 于 现代 神经 生 物 学 和认 知科学 对人 类 信息 研究 成 果 的网络 。 其 优点是不必对被 研究 对象 建 立 明 确的数 学 模 型， 而 只 关 心 对象 的输 入

13、 输 出关 系 。 此外 ， 神 经 网络 还 具有 多 输 入 和多 输 出 ， 便 于 用 超大 规 模 集 成 电 路 或 光 学 集 成 电 路系 统实 现， 或 用 现有 的计 算 机 技 术 实 现， 以 及 能进 行学 习， 以 适应 环 境 的变 换 等 优点。 利 用 神 经 网络 分 布 式 信 息 存 储和并 行处 理 的特 点， 可 以 避开 模 式 识 别 方 法中 建 模 与 特 征 提 取的过 程 ， 从 而 消 除 由 于 模 型不符 和特 征 不当 带来的影响， 并 实 现实 时 识 别 ， 以 提 高 识 别 系 统的性 能。 神 经 网络 可 用 于 信号

14、 识 别 槔 和测 量 。 如 用 小 波 对信 号 进 行初步处 理 后输 入 神 经 网络 对信 号 进 行类 别 识别 ， 测 量 各 种 谐波 系 数 ， 测 量 频 率 。快 速 傅立叶 变 换 法 的 基本 思 想是 利 用 复 指数 函 数 的 周 期性和对 称性， 充分利下面 将 主要以基 氖奔 涑槿 进行 介 绍：基 氖奔 涑槿 算法 原理：山 东大 学 硕 士 学 位 论 文 七 肿 【 胛 以 萨 躪 当 奇 数 时 ， 令 ；得 到 ： 七 丁 【 刀 刀 矿 矿 籯 苮 昨由 于 ：所以： 茄 哪五 、 五 挥 蠳 龅 悖 訬 V 芷冢 欢 鴛 却 有 龅 悖 訬为

15、垆 ， 薾 ： ： ：图 蝶形 运算 ，琇，琁 力山 东大 学 硕 士 学 位 论 文卜其 中 行 为 奇数 。 经 过仿真 后 得 到 的 谐波 波 形和 各 次 谐波 幅 值 如 图 所 示 。表 脎均扒船弱卯山 东大 学 硕 士 学 位 论 文看 出所 编 写 的 程 序 的 计 算 结果 精 度能 够 满足测量 要 求。 讨杏 肍 的 问题及其 改进方 法分 辨率 降 低。 当对 周 期 信 号 进行谐波 分 析 时 ，只有 当各次谐波 成 分 对 应的 谱线 位产 生 原 因：电 力系 统 中电 流 、电 压 信 号 可 用一个 周 期函 数 来 表 示 ， 即 ：点 的地 方看 到

16、 真 实 景 象 ， 把这种 现 象 称为 “栅栏 效应”。使 一个 周 期内 的点 数 增 加 ， 但 并不改 变 原 有的记录数 据 。增 加 频率抽样 点 ， 必 然使 样 点 间距 离更近 ， 谱 线更密 ， 谱 线变 密 后原 来 看 不到 的谱 分量 就 有可 能看 到了。另 外 一种 方法 是 采 用延长 采 样 区 间的方法 ， 这样 也会 提 高 分辨率。目 前经 常使 用的方法 是 通 过 插 值算 法 来 消 除 栅栏 效应对 谐 波 测量 的误 差， 这种 方法 也取 得的较好的效果。随 着谐 波 分析 问 题 不断 广 泛 、深 入 的研 究 ， 形 成 了种 类 很

17、 多的谐 波 分析 理论山 东大 学 硕 士 学 位 论 文函 数 解 析 过 程 过 渡 到 精 确 的分析 和 信 号 处 理。随 着电 力电 子 技术 的 发 展 ，电 能质 量 问 题 越 来 越 引 起 电 力系 统和用户 的 重视 ，特 别 是 各种 电 力电 子 装 置和非 线 性用电 设 备 的 广 泛 应用带 来 了 严重 的 谐 波污染 问 题 。 谐 波源产 生的 谐 波电 流 注 入 电 网 ，将降低 在 同 一 线 路 蛄 俳 上 的其它 用户 的 电 能质 量 ，严 重 时将引 起 相关 的 电 能质 量 纠纷 问 题 。 如果 谐 波源的 位置已知，那么 电 网

18、中的 谐 波分 布 就 成 为谐 波的 传播 与 扩 散 问 题 ，也就 是 谐 波潮 流问 题 。 大 多 数 文 章 集 中在 已知谐 波源的 情 形下对谐 波分 布 或 补偿 的 研究 。 但 随 着电 网 规 模 的 增大 ，实 际系 统中谐 波源的 位 置存 在 不 确 定性，仍然 用潮 流 方 法 来 分析 谐 波的 扩 散 与 渗透，就 会 失去 分 析 的 主 体 。 所以 ，在 谐 波源的 位 置未 知的 情 况下，要 对谐 波影 响进行 分 析 ，就 需 要 对谐 波源进行 定位 和检 测。 琇 为系 统侧谐 波污染 的 贡献 。率 ：无 功功率 的 判断思 想 为：是 临 界 阻抗系 数郝 常 憾 鄐日 ， 其 中O低 匙 杩 菇 荅 是 供电侧的 电压 ，会 受 到 系 统阻 抗角 的 一 定 影 响 。山 东大 学 硕 士 学 位 论 文谐 波 源 的 估 计 方 法分为 “干预 式估 计 方 法和 “ 非 干预 式估 计 方 法。“ 干文 献 提出 的 双 线性回 归估 计 法是 假 定 电 网 系 统侧 稳 定 运行 且 呈 纯 感 性，抗 和 谐 波 发射 水 平 估 计 方 法 。 功率 方 向 法 在 谐 波 源 定 位 中 的局限性山 东大 学 硕 士 学 位 论 文 辌 恍 敢 籌 畔