大功率整流装置产生的谐波对电力系统的影响

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谐波对电气系统的影响及其抑制方法

谐波对电气系统的影响及其抑制方法
个方面
21谐振 .
如 图 1 示 , 于每一个 h次谐波 电流 , 电线 路 所 对 供
总存在 一个 阻抗 Z , h次谐 波 电流 流过 阻抗 Z , 当 n 根据欧姆 定律 , Z × I得 出谐波 电压 。当 A 点 U= n n
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维普资讯
谐波对电气 系统 的影响及其抑制方法
李汉伟
谐波对电气系统的影响及其抑制方法
李汉伟
( 中铁第四勘察设计院集 团有 限公司电化处 武汉 40 6 ) 3 0 3
【 摘
要 】 主要 介绍 了电气 系统 中谐 波产生 的原 因和类 型, 并提 出了一 些抑
电气 系统 危 害 抑 制
制措施和建议 , 以增加设备使用寿命 , 减少供电系统的波动, 高供电质量。 提
【 关键 词】 谐 波
近年 来 ,随着 高新 技术 的发展 , 大功 率换 流 设
备、 非线性 负荷 的设备 以及非 线性 元件 大量应 用于 城 市轨道 交通工程 当中 , 这些 设备产 生谐 波 电流源 造成 电流发 生 畸变, 负荷与 电网相 连, 由于 故谐波 电 流被注 入到轨道 交通 电气 系统 中, 电源污 染 , 形成 不

谐波电流对电力系统的影响

谐波电流对电力系统的影响

谐波电流对电力系统的影响摘要:在现代工业化不断发展的今天,因非线性元件的使用,造成谐波电流的产生而导致电力系统供电电压发生畸变,严重影响了电力系统的正常运行。

因此,本文通过分析谐波电流对电力系统供电质量的影响和危害,并提出相应的改进措施,以保证电力系统的正常运行。

关键词:谐波电流;电力系统;供电质量;改进措施0 引言在实际运行中,谐波电流的产生,容易导致电气设备故障和损坏的发生,即使安装了无功补偿装置,也容易因谐波电流过大而造成电力系统的故障或损坏。

面对这种情况,分析谐波电流的产生对电力系统的影响,包括电容器、电力电缆、变压器及电网的影响,采用相应的措施,对保证电力系统在谐波条件下的安全运行是十分有必要的。

1 谐波电流对电力系统的影响1.1 谐波电流对电容器等电力设备的影响与一般电容器组相比,整流装置的谐波阻抗较大。

在电容器中,因电压畸变会产生额外电力的损耗,容易因电容器与其他电力系统的串联和并联谐振而引起过电压、过电流情况的发生,进而导致电压器损坏。

因此,在进行谐波分析的电路中,在直流负载电流一定的情况下,可以将谐波源作为恒流源,由于电力系统的结构直接关系到谐波电流对电力电容器的影响,当谐波源与电力系统中的电力容器在同一母线上时,电力系统的结构具有并联电路的特征。

所以,为了有效分析谐波电流对电力系统的影响,可以以电力容器组支路串接于电抗器的结构及等值电路为依据,如图1所示,表示电力电容器谐波分析电路图[1]。

根据谐波电流的特征,可知n次谐波电流的计算公式为:Inmax=I1/n (1)其中,Inmax代表电流最大值,I1代表基波电流。

从公式中可以看出谐波电流最大值与谐波次数成反比例关系。

然而,在重叠角不为0的情况下,n次谐波电流幅值的计算公式为:In=KnInmax (2)其中,Kn代表修正系数,而修正系数主要与重叠角、谐波次数等有关。

然而,对于谐波的等值电路,其计算公式为:(3)(4)其中,xs代表电力系统的基波电抗,xc代表电力容器的基波容抗,xL代表串联在电力电容器组支路的基波电抗。

谐波的危害及治理

谐波的危害及治理

谐波的危害及治理谐波对供电系统的危害及治理中铝贵州分公司第一铝矿汪元江[摘要][关键词]1、引言一个理想的电力系统是以单一恒定频率与规定幅值的稳定电压供电的。

但实际上,由于近年来随着科学技术的不断发展,在电力系统中大功率整流设备和调压装置的利用、高压直流输电的应用、大量非线性负荷的出现以及供电系统本身存在的非线性元件等使得系统中的电压波形畸变越来越严重,对电力系统造成了很大的危害。

因此,要实现对电网谐波的综合治理,就必须搞清楚谐波的来源、危害及电网在各种不同运行方式下谐波潮流的分布情况,以采取相应的措施限制和消除谐波,从而改善供电系统供电质量和确保系统的安全经济运行。

2、谐波产生的原因在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。

当电流流经负载时,与所加的电压不呈线性关系,就形成非正弦电流,从而产生谐波。

谐波频率是基波频率的整倍数,根据法国数学家傅立叶(M.Fourier)分析原理证明,任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。

谐波是正弦波,每个谐波都具有不同的频率、幅度与相角。

谐波可以区分为偶次与奇次性,第3、5、7次编号的为奇次谐波,而2、4、6、8等为偶次谐波,如基波为50Hz时,2次谐波为l00Hz,3次谐波则是150Hz。

一般地讲,奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。

在平衡的三相系统中,由于对称关系,偶次谐波已经被消除了,只有奇次谐波存在。

对于三相整流负载,出现的谐波电流是6n±1次,n 为整数,例如5、7、11、13、17、19等。

变频器主要产生5、7次谐波。

3、电网谐波的来源3.1 发电源产生谐波,由于发电机三相绕组在制作上很难做到绝对对称,铁心也很难做到绝对均匀等其他一些原因,发电源多少也会产生一些谐波,但对电网影响很小。

3.2 输配电系统产生谐波,输配电系统中主要是电力变压器产生谐波,由于变压器铁心的饱和,磁化曲线的非线性特性,加上设计变压器时考虑经济性,其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上,这样就使得磁化电流呈尖顶波形,因而含有奇次谐波。

电网中谐波产生的原因、危害及治理措施

电网中谐波产生的原因、危害及治理措施

电网中谐波产生的原因、危害及治理措施作者:黄贤丽张金刚来源:《科技资讯》 2015年第9期黄贤丽张金刚(华能集团济宁运河发电有限公司山东济宁 272000)摘要:随着我国经济的快速发展,电力用户中大量非线性电力设备的应用,谐波问题越发引起人们的广泛关注。

在电网诞生之初,谐波就存在,因为发电机和变压器本身就能够产生谐波,但由于量小,并不会产生危害。

然而,随着用电设备种类的增多,以及具有谐波放大效应的并联电容器的广泛应用,谐波的危害变得越来越严重。

大量谐波的存在会污染电网、影响电网中的设备和负荷,因此问题不容忽视。

了解谐波产出的原因及危害,有助于我们更好地制定治理措施。

文章对谐波产生的原因及危害进行了分析,并出了若干治理措。

关键词:基波谐波源谐波治理中图分类号:TM73 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)03(c)-0255-011 谐波源如果电网中的电压或电流波形是不理想的正弦波,表明其中有频率高于50Hz的电压或电流成分,该成分即为谐波。

随着非线性电力电子器件组成的电气传动自动化装置的广泛应用和容量的不断增加,谐波污染给公用电网和其他用电设备的带来的影响日益显著。

所以必须考虑谐波产生的原因和它带来的危害,以及如何将危害减少到最小。

凡是能向电网注入谐波电流或谐波电压的电气设备统称为谐波源。

例如:换流设备、电弧炉、铁芯设备、照明设备、某些生活日用电器等非线性电气设备。

整流器、逆变器和变频装置等这一类电气设备,这些设备的用途就是强行切断或连通电流,因此通常要用整流元件的导通、截止特性,而正是这一过程会导致了大量谐波电流的产生。

工业上钢铁企业中所用的电弧炉也是一个很大的谐波源。

电弧炉的熔化过程中,会发生填料不完全融化并结焦成块状固体的现象,这会导致电弧阻抗不稳定。

当电极插入熔化金属时,电极间会产生金属性短路,此时,短路电流的限制通常要依靠电炉变压器的阻抗和所串连的电抗器来完成。

如果电弧的负阻抗特性(电弧的阻抗随电流的增大而急剧减小)和熔化期三相电极出现反复不规则短路以及断弧现象,那么此时电弧炉就会产生谐波电流。

谐波造成的电力事故

谐波造成的电力事故

谐波是一种频率为基波频率整数倍的波形,电力系统中的谐波主要来源于非线性负载,如电力电子设备、电弧炉、轧机等。

谐波的存在会对电力系统的稳定运行造成影响,严重时可能导致电力事故的发生。

谐波对电力系统的危害主要体现在以下几个方面:
1. 电力设备的过热和损坏:谐波会导致电力设备的附加损耗,使得设备温度升高,加速设备老化,甚至导致设备损坏。

2. 保护装置的误动作:谐波会影响电力系统保护装置的正常工作,导致保护装置误动作,从而引发电力事故。

3. 电力系统的稳定性降低:谐波会影响电力系统的稳定运行,导致系统电压、电流波形失真,严重时可能导致系统崩溃。

4. 对通信设备的干扰:谐波会干扰通信设备的正常工作,影响通信质量,甚至导致通信设备损坏。

为了减少谐波对电力系统的影响,需要采取相应
的措施,如限制非线性负载的接入、安装谐波滤波器、采用有源电力滤波器等。

同时,加强电力系统的监测和管理,提高电力系统的抗谐波能力,也是预防谐波引发电力事故的重要手段。

某化工厂10KV整流装置谐波解析跟治理计划资料精

某化工厂10KV整流装置谐波解析跟治理计划资料精

某化工厂10KV整流装置谐波分析及治理方案1谐波造成的危害谐波主要是由称为谐波源的大功率换流设备(包括化工电解整流设备)及其它非线性负荷产生,谐波源产生的谐波不但危及电网及其它电力用户而且也危及自身,因此谐波的治理是十分必要且有实际经济效益的。

本文以某化工厂为实例对谐波的产生及治理方案进行了分析研究。

该化工厂由郝村站供电,站内装设三组共10.8Mvar并联电容器,分别串联有4.5%,7%和12%电抗率的电抗器,分别用于限制五次及以上、四次及以上、三次及以上高次谐波放大并分别对五次谐波、四次谐波、三次谐波形成不完全滤波。

投运后电容器出现严重过负荷,噪音异常,个别电容器投运不久就发生鼓肚现象,后测试发现母线谐波电压和电容器回路谐波电流严重超标,为防止设备进一步损坏,将10.8Mvar 电容器全部退出运行。

通过对赫村站进一步测试结果表明,谐波主要是来自某化工厂,不仅谐波含量高而且谐波频谱范围宽(最低为二次)。

经过专业人员对化工厂配电系统的接线,设备配置,运行情况进行多次调查和测试,基本摸清情况,并对产生2次及以上高次谐波的原因进行了分析,制订了治理方案。

2原因分析2.1整流变压器接线四台整流变压器接线,一次绕组接线为三角形,二次侧为双反星形接线,等效为六相接线,其产生的特征谐波为:n=kp±1k=1,2……(1)理论计算对于p=6相其谐波为5,7……。

实际上在电解工业中,广泛应用两台六脉波桥式接线整流机组并联组合形成等效十二脉波电路,对于二次为双反星形接线的桥式整流回路,形成等效十二脉波,只需将其一次侧绕组一台接成星形另一台接成三角形(见图1b),使两台整流变压器低压侧形成30°相角差,对于等效十二脉波整流电路应用(1)式计算,理论上只存在11、13等高次谐波,即可将含量较高的5、7次谐波消除,而又无需附加任何投资,这是一种非常好的方法,显然四台变压器一次全部采用三角形接线,二次双反星接线属于设计选型配置不当。

电力系统系统中谐波

电力系统系统中谐波

输配电过程中产生的谐波
电力变压器是输配电过程中主要的谐波来源,由于变压器的设 计需要考虑经济性,其铁心的磁化曲线处于非线性的饱和状态,使 得工作时的磁化电流为尖顶型的波形,因而产生奇次谐波。较高的 变压器铁心饱和程度使得其工作点偏离了线性曲线,产生了较大的 谐波电流,其奇次谐波电流的比例可以达到变压器额定电流的0.5% 以上。
民用电力设备产生的谐波
整流晶闸管设备。由于整流晶闸管广泛应Байду номын сангаас在开关电源、机电控制、充电装置等许多 方面,给电网带来了相当多的谐波。据统计,由整流设备引起的谐波将近达到全部谐 波的40%,是谐波的一个主要来源。
变频设备。电动机、电梯、水泵、风机等机电设备中常用的变频设备,因为大部分是 相位控制,其谐波成分比较复杂,除了整数次的谐波成分外,还含有一定分数次的谐 波成分,变频设备的功率一般较大,其广泛应用对电网造成的谐波也越来越多。
谐波的产生
电网谐波主要由发电设备(电源端)、输配电设备以及电力系统 非线性负载等三个方面引起的。
电源端自身产生的谐波 输配电过程中产生的谐波 电力设备产生的谐波
电源端自身产生的谐波
发电机的三相绕组在制作上很难做到绝对对称,由于制作工艺 影响,其铁心也很难做到绝对的均匀一致,加上发电机的稳定性等 其他一些原因,会产生一些谐波,但一般来说相对较少。
有源滤波装置
有源滤波装置的应用
·
有源滤波装置
有源电力滤波器,是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的 数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。它由指令电流运 算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时 监视线路中的电流,并将模拟电流信号转换为数字信号,送入高速数字 信号处理器(DSP)对信号进行处理,将谐波与基波分离,并以脉宽调制 (PWM)信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲,驱动IGBT或IPM 功率模块,生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电 网,对谐波电流进行补偿或抵消,主动消除电力谐波。与无源滤波器相 比,APF具有高度可控性和快速响应性,能补偿各次谐波,可抑制闪变、补偿 无功,有一机多能的特点;在性价比上较为合理;滤波特性不受系统阻抗的影 响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险;具有自适应功能,可自动跟踪补偿变 化着的谐波。

谐波产生的原因危害和抑制措施

谐波产生的原因危害和抑制措施

谐波产生的原因危害和抑制措施0前言随着电力电子技术的飞速发展,各种新型用电设备越来越多地问世和使用,高次谐波的影响越来越严重。

电力系统受到谐波污染后,轻则影响系统的运行效率,重则损坏设备以至危害电力系统的安全运行。

以前,电力系统考核电能质量的主要指标是电压的幅值和频率,现在世界各国都把电网电压正谐波形畸变率极限值作为电能质量考核指标之一,正确认识谐波已成为电力工作者的重要任务之一。

因此,研究和分析谐波产生的原因、危害和抑制谐波的措施具有重要的实际意义。

1谐波产生的原因在供电系统中谐波的发生主要是由两大因素造成的:(1)可控硅整流装置和调压装置等的广泛使用,晶闸管在大量家用电器中的普通采用以及各种非线性负荷的增加导致波形畸变。

(2)设备设计思想的改变。

过去倾向于采用在额定情况以下工作或裕量较大的设计。

现在为了竞争,对电工设备倾向于采用在临界情况下的设计。

例如有些设计为了节省材料使磁性材料工作在磁化曲线的深饱和区段,而在这些区段内运行会导致激磁材料波形严重畸变。

2谐波对电力系统的危害谐波对电力系统的污染日益严重,谐波源的注入使电网谐波电流、谐波电压增加,其危害波及全网,对各种电气设备都有不同程度的影响和危害。

现将对具体设备的危害分析如下:(1)交流发电机。

同步电动机及感应电动机在定子绕组和转子绕组产生附加热损耗,热损耗除谐波电流铜损I2nR以外,还由于电流的集肤效应,产生附加损耗,对转子引起热损耗增大。

对大型汽轮发电机来说,若发生多次谐波振荡,谐波电流超过额定电流的25%时,由于上述原因可能会导致转子局部过热而损坏。

对变压器来说,铁芯产生热损耗,尤其是涡流损耗大,在变压器绕组中有谐波电流,在铁芯中感应磁通,产生铁损。

(2)架空线路谐波电流产生热损,较大的高次谐波电流分量能显著地延缓潜供电流的熄灭,导致单相重合闸失败。

电缆中的谐波电流会产生热损,使电缆介损、温升增大。

(3)电力电容器由于谐波电流会引起附加绝缘介质损耗,加快电力电容器绝缘老化。

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大功率整流装置产生的谐波对电力系统的影响
摘要:由于非线性负载以及电力电子器件的应用,大功率整流系统在实际运行
中必然产生大量的谐波电流,从而给功率计量与系统效率提升带来一系列影响。

这不但对电网自身重要电气设备造成重大影响,而且给广大用户带来严重的危害,甚至已经影响到企业的正常生产和产品质量。

基于此,本文主要对大功率整流装
置产生的谐波对电力系统的影响进行分析探讨。

关键词:大功率;整流装置;产生谐波;电力系统;影响
1、前言
在现代诸多工业生产工艺中,如电解金属工艺、串接石墨化工艺等,采用大
功率整流装置供电已经相当普遍,即将220kV、110kV、35kV以及10kV等电压等
级的高压交流电源进线,通过调压变压器-整流变压器组降压调压,再通过可控硅或二极管整流装置为生产系统输出0~1500V电压可调、电流最高可达350kA的
直流电。

这样大功率的整流装置,对当地电力电网的影响是不可忽视的。

文中就
大功率整流装置产生的谐波对电力系统的各种影响和危害做出定性分类,为电力
系统和大功率整流装置用户进行谐波治理提供些许帮助。

2、谐波的不良影响
供电系统存在高次谐波造成的影响和危害是多方面的,下面从两个方面来分
别加以阐述:
2.1整流装置的负荷特性及其对电力系统的影响
2.1.1供电点的功率因数问题
大功率整流装置的投入,若负荷内部没有充足的无功补偿容量,就会从系统
吸收大量的无功功率,造成系统供电点处的功率因数下降。

2.1.2电力系统电压稳定性问题
当大功率整流装置的工况处于变化较大时,如整流变压器组的调压变压器处
于调压状态,整流装置的功率便会发生一定范围的波动。

尽管这个功率波动与大
功率冲击性负荷相比对电力系统是一个微扰,但是如果上级电力系统存在无功功
率缺陷,而整流装置调压变压器的有载分接头控制又缺乏“柔性智能”的策略,即
不能在线识别系统的无功状态而单方面保持供电点处的电压水平,则势必将无功
缺额转移到供电的主电压网,从而使主网电压严重下降,甚至发展成为“电压崩溃”。

2.2整流装置的谐波特性及其对电力系统的影响
2.2.1特征谐波和非特征谐波
大功率整流负荷产生的谐波在理论上主要分布在信号频谱的高频部分,且谐
波的幅值很小。

但考虑到整流装置的实际运行情况,如从整流桥的网侧向系统看,交流系统电压总不会完全平衡和没有畸变;整流变压器三相的系统阻抗不会完全
相等;因此还必须考虑其产生的相当比率的非特征谐波。

2.2.2谐波对用户的影响
1)对用户并补电容器正常投运的影响。

电力系统的不少用户内部装有功率因数补偿电容器,大功率整流负荷用户自身产生的谐波有可能使其供电系统内部的中、低压电容器因谐波过负荷而不能正常投运,进而使用户从力率受奖变为力率
受罚。

同时由于无功补偿电容器不能正常投运,造成用户内部电压下降,影响生产,经济效益降低。

2)对用户馈电点电动机群的影响。

由于用户的内部供电系统中每个馈电点都
接有成群的电动机,故谐波允许值不宜按每台电动机承受的谐波电流而只能按接
电点的谐波电压来考虑。

异步电动机的电流峰值增大时,齿部的磁饱和增大,使
漏抗减少,当存在较大谐波时,漏抗可以降低15%~20%,故对给定的谐波电压,磁饱和时谐波损耗和相应的发热比未饱和时更大,另外还使基波激磁损耗和基波
负序损耗也都比未饱和时增大。

对于用逆变器馈电的调速感应电动机,一般控制
其运行电压低于电动机额定电压,以免因谐波而过于发热,但要防止发生尖刺脉
冲电压使绝缘击穿,以防止低速时发生谐频强振。

3)对用户内部自控系统及通信的干扰。

现代化的工业负荷内部均配有一定规模的企业计算机网络,这种企业网就象一个神经系统,在底层控制着生产过程的
自动化,在上层支撑着企业内部的信息处理及决策过程。

计算机网络的各个站点
是以各种形式的通信信道联系在一起的。

电力谐波通过电磁和静电感应干扰通信。

通常在语音信号频率(300~4000Hz)范围内的谐波引起通信噪音,而1000Hz以
上的谐波还会导致电话系统回路信号的误动。

谐波干扰的强度取决于谐波电压、
电流、频率的大小以及输电线路和通讯线的距里、并架长度等。

4)对用户电度计量的影响。

研究表明,常用的感应式电度表由于对高次谐波有负的误差,用在谐波量过大的电网里将不能计量电度。

当谐波与基波潮流同方
向时,电度表要多计量,这种情况发生在畸变电压作用下对线性负荷用户(非谐
波源用户)的计量结果;当谐波与基波潮流反方向时,则向电网反送的谐波功率
会部分地抵消吸收的基波功率,此时电度表要少计电量,这种情况发生在对非线
性负荷用户(谐波源用户)的计量结果。

2.2.3谐波对电力系统的影响
特征谐波和非特征谐波电流注入电力系统后,将使系统所希望的电压、电流
的正弦波形发生畸变,造成对电力系统的诸多不利影响。

1)对并补电容器的影响。

谐波对电力系统最直接的影响便是对系统变电站中并联电容器组的危害。

例如当并联电容器组串联6%的电抗时,基波上相当于4
次单调谐无源滤波器,这对抑制电容器所挂接母线处的4次谐波放大是有积极作
用的,但是如果系统中的3次及其以下谐波含量过高,就很有可能对3次及其以
下谐波的放大,从而导致电容器在基波稳态时的谐波过电压和谐波过电流,危害
电容器的安全及寿命。

2)对输电线路高频保护的影响。

谐波对电力系统一次部分的另外一个影响便是通过所谓“谐波助增效应”(或者称为“等效基波负序电流效应”)去干扰电力系
统中传统的(非微机型继电保护)相差高频继电保护的启动部件及通过“方波波形失真效应”去影响该保护的相差部件中复合滤波器的波形输出,从而引起保护误动、开关跳闸。

这种原因导致的最直接结果便是地区电网的大面积停电,并同时威胁
到电网的安全运行。

3)对电网损耗的影响。

从定性的意义上说,谐波功率完全是损耗,从而增大了网损。

研究指出,若谐波电压和电流都控制在一般标准范围内,则可估计出非
线性用户注入电网的谐波功率和其用电负荷之比是在0.1%这个数量级。

但若谐波
过大或发生谐波谐振,则损耗将大大增加。

4)对电力线路绝缘的影响。

对架空输电线路,谐波电流通过时,可能产生串联谐振从而产生危险的高电压。

对电缆线路,非正弦电压使绝缘老化加速,泄漏
电流增大;当出现高频高振幅的谐波电压分量时,可能引起放电并击穿电缆。

5)对同步发电机的影响。

电力系统中的同步发电机,特别是以整流负荷为主的或以发电电压直接供给整流负荷的同步发电机,整流谐波电流引起定子特别是
转子部分的附加损耗和附加温升,降低发电机的额定出力。

只有在整流装置的等效相数增至12相及其以上时,这方面的影响较低。

作为工业化进程的原动力电能必将带来新一轮由量转到质的竞争。

3、结语
因此,对电网谐波的有效治理将成为电网的一项重要工作,而这项工作除了依靠电网和用户之外,更需要全社会的共同努力才能完成。

因此,应从电子设备的设计、制造和使用过程中采取有效的抑制措施,把谐波治理、提高电网供电质量落到实处,从而减少因谐波原因给社会带来的麻烦和经济损失。

参考文献:
[1]申邵东,魏星.谐波对有功电能计量影响的仿真研究[J].电力自动化设备,2008,28(2):54-57.
[2]赵贺,林海雪.电网中非线性负荷谐波功率方向的确定[J].电网技术,2007,31(17):47-50.
[3]罗隆福,宁志毫,张志文,等.一种基于交流检测的直流大电流间接测量的方法及装置:中国,ZL201010578601.2[P].2010.。

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