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《电能质量分析》结课论文

学院电气工程与信息工程学院
专业电力系统及其自动化
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异常高次谐波问题的分析和解决方案
摘要
本文首先介绍目前关于异常高次谐波问题所对电力网络造成的影响，并对其进行了具体的分析和解决改问题的的意义。接着介绍了变频器的原理和产生该谐波的机理。通过分析目前各种关于谐波抑制的方法，并对其进行了比较。最后本文选择了单调频滤波器和二阶高通无源滤波器组合的方法对高次异常谐波进行了抑制，通过测试数据的对比通过滤波器接入以后，电压总谐波畸变率降低到了3%以下，满足国家规定的限值，提高了热轧厂安全运行性能。
关键词：电网电能质量高次谐波滤波
=1\*Arabic1绪论
=1.11.1研究的背景和意义
宝钢电网是上海市电网的一个重要组成部分，其生产负荷占上海市电网负荷总容量的10%，加之宝钢电网有冲击负荷和高次谐波发生源的特性以及负荷重要性等因素，决定了宝钢电网的电能质量将直接影响上海市电网及华东电网的电能质量的各项指标因此做好宝钢电网的电能质量监督和治理工作不仅对宝钢本身，而且对上级电网都具有重要的经济意义。
宝钢电网具有冶金负荷的显著特点，即由于其轧机和电炉等大容量的非线性负荷，造成了大量的高次谐波发生源这些高次谐波发生源不但直接干扰临近负荷的供电质量而且直接造成宝钢电网与上海市电网公共连接点的电压总谐波畸变率等主要电能质量指标超过国家标准为此宝钢根据上述负荷特性并依照国标《电能质量公用电网谐波值表》（GB/T14549-93）制定了宝钢电网电压畸变率的限值表。
电网标称电压（kV）电网总谐波几遍率%各次谐波电压含有率（%）奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.21102.01.60.8
表1-1宝钢电网谐波电压（相电压）限值表
表中谐波电压含有率指谐波电压（方均根值）占基波电压（方均根值）的百分比，电压总畸变率指综合电压占基波电压的百分比。
宝钢热轧厂主要负荷为高压变频调速设备，变频器产生的高次谐波电流注入电网，使35kV供电母线谐波高达5%左右，主导谐波为29、31、35、37次谐波电压。谐波电压超过国家规定限值，致使自动控制设备损坏严重，影响了热轧厂安全经济运行。
2变频器的原理及其谐波的危害
2.1变频器的原理
变频器是一种将电压频率固定的交流电转换为电压和频率可变的交流电的装置，主电路一般为交—直—交，三相桥式整流回路将380V/50Hz的工频交流电源整流成直流电压，通过电容滤波和大功率开关元件（IGBT,GTO等）逆变为频率可变的交流电压，原理如图2.1

图2.1频器主电路
从变频器的原理可知，由于逆变电路的开关特性，变频器对电源电路形成一个典型的非线性负载。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。变频器的输入侧和输出侧的电压电流中，都含有很多高次谐波成分。
2.2谐波的产生及其危害
2.2.1谐波的产生
变频器是工业调速传动领域中应用较为广泛的设备，由于变频器逆变电路的开关特性，对其供电电源形成了一个典型的非线性负载。变频器在现场通常与其它设备同时运行，例如计算机和传感器，这些设备常常安装得很近，这样可能会造成相互影响。因此，以变频器为代表的电力电子装置是公用电网中最主要的谐波源之一，电力电子装置所产生的谐波污染已成为阻碍电力电子技术自身发展的重大障碍。
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100Hz，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次谐波，例如5、7、11、13、17、19等，变频器主要产生5、7次谐波。通常，5次含有基波电流的40-65%，7次含有基波电流的14-41%，其他阶次的谐波含量基本都在10%以下。当然，由于直流电流的脉动、交流电压相间的不平衡、延迟角相间差异、换相电抗相间差异等原因，也可能产生其他阶次的非特征谐波。
2.2.2.谐波的危害大量谐波电流流入电网后，由电网阻抗产生谐波压降，叠加在电网基波上，引起电网的电压畸变，致使电能质量变差。当注入公用电网的谐波超过一定值时，会对电网自身及用电设备的正常运行造成损