【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的全部用戶向該點(diǎn)注入的諧波電流分量(方均根值)。 電力系統(tǒng)各元件等值電路的諧波參數(shù)諧波研究的目的在于計(jì)算母線諧波電壓，支路諧波電流，電壓和電流總諧波畸變率，以及找出諧振條件。當(dāng)進(jìn)行諧波研究時(shí)，正確地對(duì)系統(tǒng)元件進(jìn)行建模以保證準(zhǔn)確和可靠的諧波結(jié)果，這一點(diǎn)是非常重要的。具有電阻R和電抗的感性元件在基頻下的阻抗可以表示為 ()一般情況下，在存在諧波時(shí)，元件阻抗變?yōu)? ()其中，n為諧波次數(shù)。另一方面，在基頻下，容性元件的電抗為 ()在諧波存在時(shí)，其電抗值為 ()但是實(shí)上力系統(tǒng)個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)它包括平衡的輸電線電纜，動(dòng)態(tài)負(fù)荷，線性元件、電力電子設(shè)備和非線性元件如電弧爐，熒光燈和飽和變壓器的磁芯。一般的諧波分析的建模是非常困難的，影響系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的參數(shù)很多。然而，確定影響頻率響應(yīng)的最重要的系統(tǒng)特性是很有價(jià)值的。 發(fā)電機(jī)合格的發(fā)電機(jī)，其電勢(shì)可認(rèn)為是純正弦的，即不含有高次諧波，因而發(fā)電機(jī)電勢(shì)只存在與基波網(wǎng)絡(luò)。在高次諧波網(wǎng)絡(luò)里，發(fā)電機(jī)電勢(shì)(諧波電勢(shì))為零，其等值電路為由發(fā)電機(jī)端點(diǎn)經(jīng)諧波電抗直接與中性點(diǎn)(地)相連。零序電流一般不會(huì)進(jìn)入發(fā)電機(jī)，當(dāng)它進(jìn)入發(fā)電機(jī)時(shí)在定子中產(chǎn)生的三相合成磁通為零，因而發(fā)電機(jī)的高次諧波零序電抗等于基波時(shí)的零序電抗與該次諧波次數(shù)n倍的乘積。正、負(fù)序高次諧波電流進(jìn)入發(fā)電機(jī)時(shí)，在定子中產(chǎn)生以n倍同步速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它與轉(zhuǎn)子作()倍同步速的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這時(shí)發(fā)電機(jī)的諧波電抗，可近似等于基波時(shí)的負(fù)序電抗與該次諧波次數(shù)n的乘積。 發(fā)電機(jī)等值電路因此發(fā)電機(jī)的諧波電抗可表示為 ()式中，為基波時(shí)發(fā)電機(jī)的零序或負(fù)序電抗，由該次諧波的序特性決定。在基波計(jì)算時(shí)，通常均按發(fā)電機(jī)阻抗為純電抗計(jì)算。在諧波計(jì)算中，一般沒有有功負(fù)荷或只有很小的數(shù)值。有功功率只是網(wǎng)絡(luò)里各元件的損耗，因此往往需將各元件的損耗按電阻形式估計(jì)。對(duì)發(fā)電機(jī)可按其阻抗角為估計(jì)。如果這是個(gè)等值發(fā)電機(jī)，即它是包含有線路、變壓器及負(fù)荷等元件的綜合等值發(fā)電機(jī)，可按其阻抗角為估計(jì)。 變壓器變壓器的激磁支路由于鐵芯的存在，是非線性的，其非線性的程度隨外施電壓而變。電壓愈高，鐵芯愈接近飽和，其非線性程度愈大。變壓器是電力系統(tǒng)的諧波源之一，在諧波潮流計(jì)算中，可以將它看作單獨(dú)的諧波源。在較粗略計(jì)算時(shí)也可忽略它的作用。在高次諧波作用下，變壓器繞組間及繞組中匝間的電容將起作用，但在所考慮諧波次數(shù)不太高時(shí)，可忽略不計(jì)，因而其等值電路為一連接原副邊節(jié)點(diǎn)的阻抗支路。 變壓器等值電路其阻抗值由繞組電阻和漏抗所組成。漏抗值可近似認(rèn)為是常數(shù)。從而其電抗值是相應(yīng)基波電抗與諧波次數(shù)的乘積，即 ()式中，——變壓器在基波時(shí)的相應(yīng)序電抗，由該次諧波的序特性確定顯然，當(dāng)高次諧波具有零序特性時(shí)，其電抗即是零序電抗，它與變壓器的接線方式有關(guān)，即此支路可能是聯(lián)系變壓器兩側(cè)的支路，也可能是連接其中一側(cè)與中線(地)支路，而與另一側(cè)無關(guān)。 在高次諧波作用下，繞組內(nèi)的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)都變的顯著，電阻值要增大。它大致與諧波次數(shù)的平方根成正比。因而變壓器諧波阻抗可表示為 ()式中，——為基波時(shí)變壓器的繞組電阻當(dāng)略去變壓器的電阻時(shí)，變壓器等值電路就是一個(gè)純電阻。 輸電線路輸電線路是具有均勻分布參數(shù)的的電路，經(jīng)過完全換位的輸電線路可看作是三相對(duì)稱的。在潮流計(jì)算中，通常以集中參數(shù)的型電路表示。 輸電線路等值電路作基波（n=1）計(jì)算時(shí)，等值電路參數(shù)為分布參數(shù)的簡(jiǎn)單集中。若以、及分別表示線路單位長(zhǎng)度的基波電阻、電抗和電納（電導(dǎo)一般略去），且此線路長(zhǎng)度為l（KM）時(shí)，則基波等值電路參數(shù)為 () ()當(dāng)線路較長(zhǎng)時(shí)(架空線路大于300km，電纜線路大于100km)，應(yīng)將此參數(shù)乘以修正系數(shù)，或增加等值型電路的個(gè)數(shù)，即不使每個(gè)型電路所代表的線路過長(zhǎng)。在高次諧波下，輸電線路的分布參數(shù)特性較明顯。為此，計(jì)算中以雙曲線函數(shù)計(jì)算輸電線路等值電路參數(shù)較好。此時(shí)有 () ()式中，和——分別為對(duì)應(yīng)該次諧波時(shí)線路的波阻抗和傳播常數(shù)。和可由下式計(jì)算 () ()式中，和——分別為該次諧波時(shí)輸電線路單位長(zhǎng)度的阻抗和導(dǎo)納。輸電線路的電容和電感值可認(rèn)為是不隨所加的交流電頻率而變的常量。正常運(yùn)行時(shí)，線路的電導(dǎo)可以忽略，因而線路單位長(zhǎng)度導(dǎo)納可表示為 ()式中，——基波時(shí)的線路單位長(zhǎng)度電納值。 輸電線路的電阻因集膚效應(yīng)將隨諧波次數(shù)增加而增大，對(duì)通常應(yīng)用的導(dǎo)線規(guī)格，電阻的變化情況可用如下近似公式表示 ()式中，和——分別為諧波和基波時(shí)單位長(zhǎng)度線路電阻值。這樣，線路單位長(zhǎng)度阻抗可表示為 ()式中，——基波時(shí)線路單位長(zhǎng)度電抗值[4]。 諧波測(cè)量(1) 諧波測(cè)量器的形式 諧波測(cè)量器的形式形式原理特點(diǎn)失真度計(jì)式抑制基波得到總諧波有效值，指示后者與基波有效值之比測(cè)總諧波幅值度并可連續(xù)記錄外差選頻式用外差原理分別選測(cè)某次諧波不能同時(shí)測(cè)各次諧波分量帶通選頻式采用多個(gè)窄帶濾波器逐次選出各次諧波分量多次諧波分量可連續(xù)測(cè)量或記錄采樣數(shù)字式對(duì)待測(cè)號(hào)采樣，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換并離散化，然后用計(jì)算機(jī)處理可打印出各次諧波的幅值和相位(2) 測(cè)諧波電流的原理方框圖 測(cè)量諧波電流的原理性方框圖，來自電流互感器副的電流i經(jīng)輸入電路1轉(zhuǎn)換為與i成比例的電壓，由方框5選出基波電流分量經(jīng)檢波器6在顯示器7上展示出的幅值。另一通經(jīng)基波抑制電路2，量程選擇電路3，將諧波分量縮小或放大，再經(jīng)選頻電路4將各高次諧波單獨(dú)分離出來，同樣，也通過檢波器6在顯示7上展示出它的幅值。(3) 諧波電壓測(cè)量的方框圖，由電壓互感器取來的畸變變電壓，經(jīng)輸入電路1輸入，其后，一路經(jīng)電路5分離出基波分量；另一路通過基波抑制電路2和量程選擇電路3及諧波選擇電路4將各次諧波分量單獨(dú)分離出來，兩路各設(shè)一個(gè)精密檢波器6。8是除法器，用它可求出各次諧波對(duì)基波的比值，7是顯示器，10是一種諧波報(bào)警器的裝置，當(dāng)某次諧波含量超過預(yù)置限度時(shí)，發(fā)出信號(hào)警告工作人員，其原理為：將畸變電壓經(jīng)雙T無源濾波器使基波至少衰減40dB、后面是隔離級(jí)，它對(duì)100~1250HZ（相當(dāng)于2次到25次諧波）具有水平的增益特性，總輸出經(jīng)整流后所得的直流電壓與諧波畸變的平均值成正比例。然后驅(qū)動(dòng)一個(gè)100μA的電流表使其滿刻度對(duì)相應(yīng)與報(bào)警值(例如3~5%)、諧波總量達(dá)到次值時(shí)給出警號(hào)，并有一電子鎖定電路將電表指針固定在滿標(biāo)處，等待手動(dòng)復(fù)位。整流電路的時(shí)間常數(shù)約為1s，如此可避免短時(shí)失常所引起的誤動(dòng)作[5]。 諧波電壓表方框圖 輸電線路諧波諧振頻率分析方法輸電線路由于存在分布的線路電感和對(duì)地電容，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)滿足一定條件時(shí)，就可能引起線路諧振現(xiàn)象的發(fā)生，使得諧波電流以及諧波電流發(fā)生放大。 串聯(lián)諧振回路，當(dāng)考慮電容上的電壓以及電感中的電流在電壓源e(t)的作用下所產(chǎn)生的變化情況時(shí)，我們可以列寫出下面的方程 () 或 ()上述兩式也可寫成 () ()以上兩式是以和為變量的一階微分聯(lián)立方程組，(t)的情況，即可完全確定電路的全部行為。這樣描述系統(tǒng)的方法稱為狀態(tài)變量分析法，其中和稱為串聯(lián)諧振電路的狀態(tài)變量。 諧波的限制措施限制電力系統(tǒng)的諧波，應(yīng)對(duì)諧波源本身或在其附近采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施。由于諧波源主要為電流源，因此要根據(jù)諧波國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流，把電力系統(tǒng)的諧波電壓抑制在允許范圍內(nèi)，以保證電能質(zhì)量和電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。其主要方法有以下兩個(gè)：(1) 對(duì)諧波源本身進(jìn)行改造，減少其諧波含量這只適合于作為主要諧波源的電力電子裝置。比如：增加換流裝置的脈波數(shù)，可以減少特征諧波的組成成分并提高最低次特征諧波的次數(shù)，從而使諧波含量減少。但是，高脈波數(shù)的換流裝置一般只在容量較小的用電設(shè)備中使用，這是因?yàn)?，如果采用較高的脈波數(shù)，則為了得到相應(yīng)的換相電壓，換流變壓器的結(jié)構(gòu)和接線將非常復(fù)雜，對(duì)于高電壓、大容量的換流裝置來說，不但增加了設(shè)備制造的困難而且增大了投資，通常是不經(jīng)濟(jì)的。