【正文】 述 1 電能質(zhì)量特點(diǎn) 2 電能質(zhì)量問(wèn)題的起因 2 諧波的相關(guān)概念 3 國(guó)內(nèi)外諧波研究現(xiàn)狀 3 .1國(guó)外諧波研究現(xiàn)狀 3 國(guó)內(nèi)諧波研究現(xiàn)狀 4 論文的主要工作 42 電能質(zhì)量理論 6 6 電壓偏差 6 頻率偏差 6 電壓波動(dòng)和閃變 6 三相電壓不平衡 7 諧波含量 7 諧波的檢測(cè)與分析 7 諧波的主要危害和影響 8 諧波分析方法 8 諧波的治理及改善措施 8 SVG的工作原理與控制 8 9 9 本章小結(jié) 93 精機(jī)熱加工廠電能質(zhì)量現(xiàn)狀分析 10 仿真軟件背景介紹 11 A、B兩段母線并列運(yùn)行時(shí)的電能質(zhì)量問(wèn)題 12 諧波電流 13 16 功率因數(shù) 18 A、B兩段母線分列運(yùn)行時(shí)的電能質(zhì)量問(wèn)題 19 19 諧波電壓 21 諧波電流 24 本章小結(jié) 254 治理方案設(shè)計(jì) 26 26 A、B段母線電能質(zhì)量治理裝置的配置參數(shù) 26 本章小結(jié) 275精機(jī)熱加工廠治理后電能質(zhì)量分析 28 治理效果分析（A、B兩段母線并列運(yùn)行時(shí)） 28 諧波電流 28 諧波電壓 30 功率因數(shù) 34 治理效果分析（A、B兩段母線分列運(yùn)行時(shí)） 34 諧波電流 34 諧波電壓 36 功率因數(shù) 39 濾波器安全性分析 40 過(guò)電流校驗(yàn) 40 過(guò)電壓校驗(yàn) 40 運(yùn)行安全穩(wěn)定性 41 本章小結(jié) 436 總結(jié)與展望 44致 謝 45參考文獻(xiàn) 461 緒論 課題的研究背景與意義一個(gè)理想的電力系統(tǒng)常常以恒定的頻率和要求的電壓，按照正弦波的形式，向用戶提供電能。在當(dāng)前，由于不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷的增加，沖擊性負(fù)荷的增加，使得影響電能質(zhì)量的因素越來(lái)越多，從而引起電能質(zhì)量越來(lái)越差。在電能質(zhì)量的多項(xiàng)指標(biāo)中，受干擾性負(fù)荷影響最普遍的是諧波。由于諧波干擾引起的電氣設(shè)備異常和事故有逐年增加的趨勢(shì)。 電能質(zhì)量電能是一種清潔、高效的能源，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要物質(zhì)保證，是各種高新技術(shù)，尤其是信息技術(shù)應(yīng)用的前提。隨著電力市場(chǎng)的形成和推進(jìn)，電力用戶不僅對(duì)電力數(shù)量有不斷的增長(zhǎng)需求，對(duì)電能質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。本節(jié)將就電能質(zhì)量相關(guān)問(wèn)題做一簡(jiǎn)要介紹。在三相交流電力系統(tǒng)中，各相的電壓和電流應(yīng)處于幅值大小相等，相位相差120度的對(duì)稱(chēng)狀態(tài)。但迄今為止，對(duì)電能質(zhì)量的技術(shù)含義還存在著不同的認(rèn)識(shí)[5]。目前還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。文獻(xiàn)[6]給出了一個(gè)比較直觀的不合格電能質(zhì)量的定義：導(dǎo)致用戶設(shè)備故障或不能正常工作的電流、電壓或頻率偏差。（1） 動(dòng)態(tài)性：電能的生產(chǎn)、傳輸、供電和消耗是一個(gè)整體，它一直維持動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，當(dāng)負(fù)荷的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，電能狀態(tài)都將跟隨著變化，在系統(tǒng)中，地點(diǎn)不同、時(shí)刻不同時(shí)，電能質(zhì)量的指標(biāo)通常也不相同。（3） 潛在性：由于電力系統(tǒng)非常復(fù)雜，也就造成了電能在傳輸過(guò)程中，受到的擾動(dòng)和破壞具有很大的不確定性，當(dāng)電能質(zhì)量下降時(shí)，其對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的損壞有時(shí)不能立刻表現(xiàn)出來(lái)，為系統(tǒng)的安全運(yùn)行埋下了隱患。 此外，電能還具有傳播性、復(fù)雜性等特點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的非線性負(fù)荷被應(yīng)用到電網(wǎng)中，例如：大規(guī)模電力電子應(yīng)用裝置（節(jié)能裝置、變頻設(shè)備等）、大功率的電力拖動(dòng)設(shè)備、直流輸電裝置、電化工設(shè)備（化工、冶金企業(yè)的整流）等其他非線性負(fù)荷。（2） 大量諧波注入電網(wǎng)。所以，隨著大量非線性和沖擊性負(fù)荷的使用，電網(wǎng)的安全性變的越來(lái)越差，嚴(yán)重危害了電網(wǎng)中設(shè)備的安全使用[1012]。良好的電壓波形應(yīng)該是正弦波，當(dāng)用戶端收到的電壓波形不是正弦波時(shí)，就認(rèn)為其實(shí)不標(biāo)準(zhǔn)的，或者說(shuō)該電壓發(fā)生了畸變。為了能夠有效的分析諧波，所以諧波的概念便由此而提出了。例如，當(dāng)基波頻率取50Hz時(shí)，如果該諧波為150Hz，就稱(chēng)該諧波為三次諧波，[13]。而America不僅對(duì)公共電網(wǎng)給出了THDU的標(biāo)準(zhǔn)外，還對(duì)特殊的用戶給出了THDU的標(biāo)準(zhǔn)值。此外，國(guó)際電工委員會(huì)給出了高、中、低電壓的諧波電壓兼容值。 公用電網(wǎng)諧波電壓(相電壓)限制值網(wǎng)標(biāo)稱(chēng)電壓（KV）電壓總諧波畸變率（％）各單次諧波電壓含有率（％）奇次偶次6～1035110該標(biāo)準(zhǔn)不但規(guī)定了用戶注入電網(wǎng)的諧波值，而且還規(guī)定了位于同一個(gè)公共連接點(diǎn)的每個(gè)用戶向電網(wǎng)注入的諧波電流允許值按此用戶在該點(diǎn)的協(xié)議容量與其公共連接點(diǎn)的供電設(shè)備容量之比進(jìn)行分配，以體現(xiàn)供配電的公正性 [1720]。論文研究了靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG）在諧波治理中的應(yīng)用，并采用CYME PSAF仿真軟件對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行了仿真分析，得出相關(guān)結(jié)論。（2）研究電力系統(tǒng)中諧波的來(lái)源、分類(lèi)、對(duì)電力系統(tǒng)帶來(lái)的危害、以及治理的方法。（3）分析了精機(jī)熱加工有限責(zé)任公司在沒(méi)有加補(bǔ)償時(shí)的電能質(zhì)量相關(guān)指標(biāo)，其中的諧波電流、諧波電壓及功率因數(shù)存在不合格問(wèn)題；（4） 設(shè)計(jì)了基于無(wú)功補(bǔ)償(FC)和無(wú)功發(fā)生器(SVG)的補(bǔ)償方案，確定了補(bǔ)償容量和治理裝置的配置參數(shù)；（5）運(yùn)用CYME PSAF軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了加補(bǔ)償后系統(tǒng)母線側(cè)諧波電流、諧波電壓和功率因數(shù)全部合格，表明了治理方案的合理有效。其中前二者基本取決于供求平衡關(guān)系，后三者不但與電力系統(tǒng)有關(guān)，而且與用戶負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)[13]。在系統(tǒng)運(yùn)行中，如果電壓的偏差太大，會(huì)影響工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，損壞設(shè)備，甚至引起毀滅性的“電壓崩潰”，造成大面積的停電。 頻率偏差頻率偏差是指電網(wǎng)頻率對(duì)于額定頻率的偏離程度，一般用百分比表示即： ?f=ffNfN100% （）式中，?f—頻率偏差；f—實(shí)際頻率；fN—額定頻率。通常使用用相鄰兩個(gè)電壓波形的峰值之差和額定電壓比值表示。衡量電壓波動(dòng)的表達(dá)式為： Ut=UmaxUminUN100% （）式中，Umax、Umin分別為工頻電壓調(diào)幅波的相鄰兩個(gè)極值電壓（或均方根值）。由于電壓波動(dòng)引起人眼對(duì)燈閃的感覺(jué)稱(chēng)為閃變，用下式表示： ?U10=af2?uf2 （）式中，af—電壓調(diào)幅波中頻率為f的正弦分量視感度加權(quán)系數(shù)，它用來(lái)反映人眼對(duì)電壓調(diào)幅波中各種頻率成分的敏感程度；?Uf—電壓調(diào)幅波中頻率為f的正弦分量的幅值。三相不平衡度的度量可用下式表示： εu=U2U1100% （）式中，U2—三相電壓用對(duì)稱(chēng)分量分解后的負(fù)序分量的幅值；U1—三相電壓用對(duì)稱(chēng)分量分解后的正序分量的幅值電力系統(tǒng)中三相電壓的不平衡主要是由負(fù)荷不平衡、系統(tǒng)三相阻抗不對(duì)稱(chēng)以及消弧線圈的不正確調(diào)諧引起的。諧波電壓含量為： UH=h=2∞Uh2 （）諧波電壓總畸變率為： THDU=UHU1100% （）第h次諧波電壓含有率為： HRUh=UHU1100% （）上述三定義同樣適用諧波電流。所以，消除電網(wǎng)中的諧波含量，降低由于諧波帶來(lái)的各種事故和損失，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，變得刻不容緩。 諧波的主要危害和影響1）諧波對(duì)低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的影響對(duì)于斷路器來(lái)說(shuō)，由于諧波電流的影響，在工作中它們都有可能造成誤動(dòng)作。3）諧波對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的影響引起附加損耗，產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和諧波過(guò)電壓。 諧波的治理及改善措施傳統(tǒng)的諧波抑制一般有以下幾種方法:第一種從諧波源本身出發(fā)，采用諸如：增加變流裝置的相數(shù)或脈沖數(shù)、多重化技術(shù)、脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)、高功率因數(shù)變流器等技術(shù)，使諧波源不產(chǎn)生諧波或降低諧波源；第二種是外加濾波器，阻礙諧波源產(chǎn)生的諧波注入電網(wǎng)，或者阻礙電力系統(tǒng)的諧波流入負(fù)載端。 SVG的工作原理與控制SVG系統(tǒng)由變流器、變壓器、電抗器等器件構(gòu)成主系統(tǒng)，由電壓互感器、電流互感器、檢測(cè)電路、控制器、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、檢測(cè)器等構(gòu)成二次系統(tǒng)。電壓互感器、電流互感器起電氣隔離主系統(tǒng)與二次系統(tǒng)的作用，是同步信號(hào)和指令信號(hào)的檢測(cè)基礎(chǔ) [46]。此外，還具有多種補(bǔ)償功能：抑制電力系統(tǒng)過(guò)電壓，改善系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性；提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平，減少低壓釋放負(fù)荷數(shù)量，并防止發(fā)生暫態(tài)電壓崩潰；動(dòng)態(tài)地維持輸電線路端電壓，提高輸電線路穩(wěn)態(tài)傳輸功率極限；阻尼電力系統(tǒng)功率振蕩；在負(fù)荷側(cè)，能抑制電壓閃變、補(bǔ)償負(fù)荷不平衡、提高負(fù)荷功率因數(shù)、濾除諧波。 本章小結(jié)本章首先介紹了電能質(zhì)量的常用指標(biāo)及其檢測(cè)方法，然后重點(diǎn)介紹了諧波的起源、危害、分析方法、和治理措施，諧波的治理是本文的主要內(nèi)容，最后介紹了SVG的基本結(jié)構(gòu)，結(jié)合SVG的相關(guān)優(yōu)點(diǎn)，研究了SVG在電能質(zhì)量方面的應(yīng)用。根據(jù)項(xiàng)目提供的資料，用戶由110kV母線單母線供電，廠用主變?yōu)?臺(tái)電壓變比為110kV/10kV變壓器，主變壓器選用三相油浸自冷式有載調(diào)壓變壓器，接線組別Yn,d11,%。電能質(zhì)量考核點(diǎn)為鐘秀變110kv母線。由于本次項(xiàng)目所有負(fù)荷均由10kV供電，因此,需要同時(shí)對(duì)10kV母線各項(xiàng)電能質(zhì)量進(jìn)行分析。還有一部分諧波來(lái)自變頻驅(qū)動(dòng)及直流調(diào)速的電動(dòng)行車(chē)及機(jī)床負(fù)荷，此部分負(fù)荷諧波含量根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)核算，： 諧波電流含量諧波次數(shù)57111317192325諧波電流含量（%）1056421諧波電流值（A）147不采取補(bǔ)償措施時(shí)，根據(jù)供電系統(tǒng)參數(shù)、負(fù)荷參數(shù)和諧波電流源參數(shù)，建立諧波潮流計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，利用國(guó)際流行的仿真軟件PSAF進(jìn)行仿真分析。CYME為一套專(zhuān)業(yè)電力工程軟件，它以個(gè)人計(jì)算機(jī)及微軟窗口（Microsoft Windows）為操作平臺(tái)，具有便利性及親和力，它結(jié)合優(yōu)異的分析能力與先進(jìn)的界面技術(shù)，是當(dāng)前電力工程軟件中，被公認(rèn)具有高質(zhì)量及高信賴(lài)的電力工程軟件，它被許多電力公司，工業(yè)組織、顧問(wèn)公司、研究機(jī)構(gòu)及學(xué)校等選為電力系統(tǒng)仿真之標(biāo)準(zhǔn)軟件[52]。它的基本架構(gòu)系獨(dú)立于仿真模塊的型態(tài)與數(shù)量，這些仿真模塊都共用一個(gè)集成的電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)。PSAF 配備有多個(gè)仿真模塊，可從事廣泛的電力系統(tǒng)分析工作。其中PSAFHARMO(諧波分析)模塊提供完備的電力系統(tǒng)組件(諧波源)數(shù)據(jù)庫(kù)，并可透過(guò)圖形化之界面應(yīng)用至狀況分析及影響改善工作上，其以MS Windows為操作平臺(tái)，執(zhí)行電力系統(tǒng)的諧波侵入分析(harmonic penetration analysis)。,： 軟件界面 軟件界面 A、B兩段母線并列運(yùn)行時(shí)的電能質(zhì)量問(wèn)題當(dāng)A、B兩段母線并列運(yùn)行時(shí)，考核點(diǎn)的各項(xiàng)電能質(zhì)量問(wèn)題如下所示： 諧波電流：不采取補(bǔ)償措施時(shí)。：不采取補(bǔ)償措施時(shí)，A、A、。 考核點(diǎn)的諧波電壓（%）諧波次數(shù)110kV系統(tǒng)的諧波電壓國(guó)標(biāo)限值分析20合格3合格40合格5合格6合格7合格8合格90合格100合格11合格12合格13合格14合格15合格16合格17合格18合格19合格20合格21合格22合格23較大24合格25較大THDu2超標(biāo) 不采取措施時(shí)110kV的電壓曲線由仿真結(jié)果可知，%，超過(guò)國(guó)標(biāo)限值，23次、25次諧波電壓較大。 治理前A、B段10kV母線的諧波電壓（%）諧波次數(shù)治理前，A段10kV系統(tǒng)的諧波電壓治理前，B段10kV系統(tǒng)的諧波電壓2345678910111213141516171819202122232425THDu 治理前A、B段10kV母線的電壓曲線 功率因數(shù)由于目前用戶的車(chē)間內(nèi)都裝有低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置，但是兩臺(tái)主變的無(wú)功損耗將導(dǎo)致考核點(diǎn)110kV母線的功率因數(shù)更低，不滿足要求。 考核點(diǎn)110kV母線的諧波電流（A）諧波次數(shù)負(fù)荷注入110kV系統(tǒng)的諧波電流國(guó)標(biāo)限值分析234