电网谐波分析及其建模
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谐波的影响
30%谐波电压电压 无谐波电压
电网谐波来源
产生谐波的电气设备
开关模式电源
家用电器
变压器
电子镇流器
电弧炉
调速传动装置
电网谐波来源
谐波的危害
电压畸变：
因为电源系统有内阻抗，所以谐波负荷电流将造成电压 波形的谐波电压畸变。由非线性负荷引起的畸变负荷电 流在电缆的阻抗上产生一个畸变的电压降。合成的畸变 电压波形加到与此同一电路上所接的全部其他负荷上， 引起谐波电流的流过，即使这些负荷是线性的负荷也是 产生平顶波 如此。
＋
谐波引起的电磁干扰噪声
关闭时间
?
谐波的危害
其他问题：
引起剩余电流断路器的误动作
中性线过热和输电线损耗增大
变压器温升过高以及能耗损失增加
电网谐波规范
公用电网谐波( GB/T 14549-93)－
谐波电流允许值
电网谐波与无功补偿
85MVA 但如果此负荷装设6 如左图电网所供给的 10kV/66kV X=12.75% 负荷容量为 50MVA， 脉冲调速装置，意味 2000MVA/66kV 功率因素为 0.9，现在 着特征谐振频率为基 T1 S 本频率的 6次谐波， 需要将功率因素调节 至 0.95，电容器该如 SCC 2000MVA 20 pu 电容器上将出现巨大 何设计？ 的过电压，甚至烧毁 100 X T 1 0.1275 0.15 pu 85 电容器。
影响无功补偿的效果
形成严重的电磁干扰
C型高通 滤波器
谐波仿真模型
谐波仿真模型
谐波电流约从30% 减少到10%
研究结论
电网谐波是一个需要重视的设计问题 谐波问题分析结论
影响电气设备运行 电网规划需根据区域负载特性进行相应调整 增加电网系统的能耗 无功补偿与谐波滤波器需要相结合进行设计 影响电力保护系统的运作 电力保护系统的设计需要依据负载特性而定
电网谐波与无功补偿
Z pu V 2 pu SCC pu (10e3)2 1 100e6
0.35 XS 1.1mH 2 pi f 0 2 3.14 50
X Spu Z pu
电容无功补偿器正常阻抗为0.07Ω， 但在300Hz处呈现16.05 Ω阻抗，因 此如果负载即使只含有3%的谐波电 流，电容器两端电压将升至原先2.3倍 可能烧毁电容器。
谐波的危害
电磁干扰：
许多电子控制器要检测电压的过零点，以确定负荷的接 开启时间 开启时间 ? 通时刻。这样做是为了在电压过零时接通感性负荷不致 产生瞬态过电压，从而可减少电磁干扰(EMI)和半导体开 关器件上的电压冲击。当在电源上有高次谐波或瞬态过 电压时，在过零处电压的变化率就很高且难于判定从而 导致误动作。实际上在每个半波里可有多个过零点。 关闭时间
AC
80MVA 66kV/10kV X=12%
50MVA cosΦ=0.9
T2
C
M
容量基准值 100MVA
电压基准值 频率基准值 66KV 50Hz
100 0.15 pu 85 X I X T 1 X T 2 X S 0.35 pu X T 2 0.1275 P S cos 45MW QC P (tan 1 tan 1 ) 0.07 pu XC 14.278 pu Hn XC 14.278 6.3 XL 0.35
谐波仿真建模
C L
C1 L1
R
＋
R
C2
L2
单谐滤波 器
双谐滤波 器
4次、6次、10次基频率处分别 得到较好抑制，但是3次基频处 出现谐振，因此还需要配合其 它滤波器
谐波仿真建模
C L
C1 L1
C1
C2
R
＋R
C2
L2
＋
R L
三种谐 波滤波 器组合 使得电 网阻抗 特性得 到改善
单谐滤波 器
双谐滤波 器
谐波抑制方法
AC AC
基波通路
滤波 网络
谐波通路
T1 T1
SS
T2 T2
C CM
M
谐波滤波器类型
C L
C1 L1
C1
C2
C
R
R
R
C2
L2
L
R
L
单谐滤波 器
双谐滤波 器
高通滤波 器
C型高通 滤波器
来自百度文库
谐波仿真建模
C L
R
6次谐波得到抑制，但是电路在4次基频率 单谐滤波 和10次基频处存在谐振谐，因为实际电网 器 中负载的谐波电流频率分布广泛，因此单 独靠此网络不能有效抑制谐波
30%谐波电压电压 无谐波电压
电网谐波来源
产生谐波的电气设备
开关模式电源
家用电器
变压器
电子镇流器
电弧炉
调速传动装置
电网谐波来源
谐波的危害
电压畸变：
因为电源系统有内阻抗，所以谐波负荷电流将造成电压 波形的谐波电压畸变。由非线性负荷引起的畸变负荷电 流在电缆的阻抗上产生一个畸变的电压降。合成的畸变 电压波形加到与此同一电路上所接的全部其他负荷上， 引起谐波电流的流过，即使这些负荷是线性的负荷也是 产生平顶波 如此。
＋
谐波引起的电磁干扰噪声
关闭时间
?
谐波的危害
其他问题：
引起剩余电流断路器的误动作
中性线过热和输电线损耗增大
变压器温升过高以及能耗损失增加
电网谐波规范
公用电网谐波( GB/T 14549-93)－
谐波电流允许值
电网谐波与无功补偿
85MVA 但如果此负荷装设6 如左图电网所供给的 10kV/66kV X=12.75% 负荷容量为 50MVA， 脉冲调速装置，意味 2000MVA/66kV 功率因素为 0.9，现在 着特征谐振频率为基 T1 S 本频率的 6次谐波， 需要将功率因素调节 至 0.95，电容器该如 SCC 2000MVA 20 pu 电容器上将出现巨大 何设计？ 的过电压，甚至烧毁 100 X T 1 0.1275 0.15 pu 85 电容器。
影响无功补偿的效果
形成严重的电磁干扰
C型高通 滤波器
谐波仿真模型
谐波仿真模型
谐波电流约从30% 减少到10%
研究结论
电网谐波是一个需要重视的设计问题 谐波问题分析结论
影响电气设备运行 电网规划需根据区域负载特性进行相应调整 增加电网系统的能耗 无功补偿与谐波滤波器需要相结合进行设计 影响电力保护系统的运作 电力保护系统的设计需要依据负载特性而定
电网谐波与无功补偿
Z pu V 2 pu SCC pu (10e3)2 1 100e6
0.35 XS 1.1mH 2 pi f 0 2 3.14 50
X Spu Z pu
电容无功补偿器正常阻抗为0.07Ω， 但在300Hz处呈现16.05 Ω阻抗，因 此如果负载即使只含有3%的谐波电 流，电容器两端电压将升至原先2.3倍 可能烧毁电容器。
谐波的危害
电磁干扰：
许多电子控制器要检测电压的过零点，以确定负荷的接 开启时间 开启时间 ? 通时刻。这样做是为了在电压过零时接通感性负荷不致 产生瞬态过电压，从而可减少电磁干扰(EMI)和半导体开 关器件上的电压冲击。当在电源上有高次谐波或瞬态过 电压时，在过零处电压的变化率就很高且难于判定从而 导致误动作。实际上在每个半波里可有多个过零点。 关闭时间
AC
80MVA 66kV/10kV X=12%
50MVA cosΦ=0.9
T2
C
M
容量基准值 100MVA
电压基准值 频率基准值 66KV 50Hz
100 0.15 pu 85 X I X T 1 X T 2 X S 0.35 pu X T 2 0.1275 P S cos 45MW QC P (tan 1 tan 1 ) 0.07 pu XC 14.278 pu Hn XC 14.278 6.3 XL 0.35
谐波仿真建模
C L
C1 L1
R
＋
R
C2
L2
单谐滤波 器
双谐滤波 器
4次、6次、10次基频率处分别 得到较好抑制，但是3次基频处 出现谐振，因此还需要配合其 它滤波器
谐波仿真建模
C L
C1 L1
C1
C2
R
＋R
C2
L2
＋
R L
三种谐 波滤波 器组合 使得电 网阻抗 特性得 到改善
单谐滤波 器
双谐滤波 器
谐波抑制方法
AC AC
基波通路
滤波 网络
谐波通路
T1 T1
SS
T2 T2
C CM
M
谐波滤波器类型
C L
C1 L1
C1
C2
C
R
R
R
C2
L2
L
R
L
单谐滤波 器
双谐滤波 器
高通滤波 器
C型高通 滤波器
来自百度文库
谐波仿真建模
C L
R
6次谐波得到抑制，但是电路在4次基频率 单谐滤波 和10次基频处存在谐振谐，因为实际电网 器 中负载的谐波电流频率分布广泛，因此单 独靠此网络不能有效抑制谐波