（电力系统及其自动化专业论文）谐波超标原因分析及含谐波的电能计量问题研究.pdf

华北电力大学 ( 北京) 硕十学位论文 第一章 绪论 近年来，随着电力负荷种类的不断增加，尤其是电力电子等电力设备的涌现给 电力系统的供电带来了很多问题， 电能质量问题越来越被人们所关注， 许多电力工 程师们也开始了对这一问题的研究。 在出现的诸多的电能质量问题中， 谐波问题是 比 较重要的一个方面， 它将在电力系统内部产生很大的影响， 其中对于电能计量方 面的影响倍受供用电部门的重视。 合理、 准确的电能计量在电力工业逐步市场化的 过程中是一个垦待解决的问题。 1 . 1电能质量问题的提出 i 电能作为一种商品，当然有其质量内涵。近年来，随着国民经济和电力系统的 发展，电能供求关系的矛盾已逐步得到缓解， 但与此同时，有关电能质量的问题却 日 益引起人们的重视。电能质量如不能达到规定的要求，会给工、农业生产和日 常 生活带来种种问题，造成不可避免的损失。 现在，世界各国都在对传统的电力管理体制进行改革，其目 标是建立开放的电 力市场， 通过引进竞争机制，提高电力生产各个环节的效率，降低运营成本，最终 使电力生产的各环节和用户从中受益。 在新的开放与竞争的电力管理模式上各国不 尽相同，但主要模式是发电、电网与配电分成各自 独立的经济实体， 按经济效益最 优的原则运营。我国正朝着这一模式进行改革。 在开放与竞争的电力市场中，电网 可以择优选择高质量、低价格的电厂上网，电力用户也可选择电价合适，同时电能 质量较高的供电公司来为其提供电力1z 7 。 在开放与竞争的电力市场中， 发电、 输电、 配电、 用户之间均应遵守电力调度规则及其它有关的法规，技术标准与导则。电力 法规、技术标准与导则由国家有关部门制定与颁布，各发电、输电、供电和用户均 应在相应的电力采购与供应协议中加以引用并严格遵守。 使用质盘合格的电能是每一个用户的愿望，也是提高各企业竞争力的必要条件 之一。开放与竞争的电力市场为实现这种愿望创造了条件。 现代电力系统提出电能质量问题的概念是，导致用电设备故障或不能正常工作 的电压、电流或频率偏差，其内容涉及频率偏差、电压偏差、电磁暂态、供电可靠 性、谐波失真、三相不平衡以及电压波动和闪变等。 1 . 2电能质量问题产生的原因 随着电力系统规模的不断扩大以及系统中非线性负荷的不断增加， 电力系统受 到的“ 谐波污染”也越来越严重，加上电力系统可能出现的内外故障，这就大大恶 化了 系统的电能质量。电力系统电能 质量问题的产生主要有以 下原因。 13 1 1 .非线性负载 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 在工业和生活用电负载中， 非线性负载占很大比例， 这是电力系统谐波问题的 主要来源。 电弧炉是主要的非线性负载， 它的谐波主要是由起弧的时延和电弧的严 重非线性引起的，电弧长度的不稳定性和随机性，使得其电流谐波频谱非常复杂， 而且随时间会有明显的变化。 荧光灯的伏安特性是严重非线性的， 因此也会引起严 重的谐波电流，其中3 次谐波的含量最高。 3 次谐波还有可能引起谐振，使谐波放 大， 使电压波形也发生严重畸变。 大功率整流或变频装置在现代工业中的应用极为 广泛，这种基于电力电子的设备会产生严重的谐波电流，对电网造成严重污染，同 时也使功率因数降低。 2 .电力系统设备的非线性特性 在电力电子装置大量使用以前， 电力系统中主要的谐波源是发电机和电力变压 器。 发电 机是公用电网的电 源。 在实际运行中，由 于多种原因， 发电 机的 感应电 动 势不是理想的正弦波， 因此其输出电压中也就包含一定的谐波。 变压器谐波电流是 由 其励磁回路的非线性引起的， 产生谐波电流的大小与变压器的铁心结构、 铁心饱 和程度以及变压器的连接方式都有关系。 3 . 电力系统故障 电力系统运行的内、外故障也会造成电能质量问题，如短路故障、雷击、误操 作、电网故障时发电机及励磁系统的工作状态的改变、 故障保护装置中的电力电子 设备的启动等都将造成各种电能质量问题。 1 .3电能质量问题的分类 电能质量问题按产生和持续时间可分为稳态电能质量问题和动态电能质量问 题。3 1 .稳态电能质量问题 稳态电能质量问题以波形畸变为主要特征， 一般持续时间较长， 在一段时间内 ( 通常是i m i n 以 上 ) 出 现的电能 质量不正常的 情况， 主要有下列类型: ( 1 ) 过电 压， 是指持续时间大于l m i n , 数值大于标称电 压的电 压。 ( 2 ) 欠电压，是指持续时间大于 1 m i n ，数值小于标称电压的电压。 ( 3 ) 电 压不平衡， 是指电压的最大偏移与 三相电 压的平均值的比 值超过规定的标 准。 ( 4 ) 谐波， 对周期性电 压或电 流进行傅立叶 分解， 得到频率为 基波 整数倍分量的 含有量。谐波是衡量电能质量的重要指标之一。 ( 5 ) 电 压闪变， 电 压波形包络线呈规则的 变化或电 压幅值一系列的随机变化， 一 般表现为人眼对电压波动所引起的照明 异常而产生的视觉感受。 闪变分为周 期性和非周期性两种。 2 动态电能质量间题 华北电力大学 ( 北京) 硕士学 位论文 动态电能质量问题通常是以暂态持续时间为特征， 包括脉冲暂态和振荡暂态两 大类，主要有以下几种形式: ( 1 ) 电 压骤升、 骤降， 持续时间为0 . 5 个周期至1 m i n ， 电 压有效值上升或下降至 标称电压的 1 1 0 %-1 9 0 %或 1 0 %-9 0 %. ( 2 ) 电压瞬变，持续时间很短的电压值发生快速的变化。 ( 3 ) 短时断电，持续时间在0 . 5 个周期至3 5 之间的供电中断。 1 . 4电能质量标准 电能质量标准是保证电网安全经济运行、保护电气环境、保障电力用户正常使 用电能的基本技术依据，是实施电能质量监督管理， 维护公用电双方合法权益的法 规条文。目前， 世界上工业发达国家都已经制定和颁布实施了符合本国情况的国家 标准， 并且随着工业经济国际化发展， 各国所制订的电能质量标准正在向国际专业 委员会推荐标准，如国际电工委员会 ( i e c ) e mc -6 1 0 0 0系列标准和电气与电子 工程师协会 ( i e e e ) s t d 一标准靠拢。目 前，我国在参考了上述两个标准后，已经 制定颁布的电能质量系列国家标准有: 供电电压允许偏差 、( 电压允许波动和闪 变 、 公用电网谐波 、 三相电压允许不平衡度和 ( 电力系统频率允许偏差等 五 项 标 准。 (4 ,4 6 1 i .供电电 压 允 许偏差 15 1 电压允许偏差是指电力系统电压缓慢变化时，实际电压与系统标称电压之差。 通常指电压变化率小于每秒 i %时实际电压值与系统标称电压值之差，可用有名值 或标要值表示，电压偏差定义见式( 1 . 1 ) a 电压偏差 ( %) 实测电压一额定电压 额定电压 1 0 0 5/ ( 、 . 、 ) 电压偏差一般是指由线路的电压损耗造成。电压偏差超标对用电设备和电网稳 定及经济运行都有十分严重的影响 由于电网中各点的电压值不同， 故整个电力系统必须设置足够数量并具有代表 性的发电厂、变电所、配电网以及各电压等级用户的电压监测点。 为了使电压监测点的电能质量记录能科学真实的反映电压状况， 用于电 压质量 监测的仪器应具有自动记录和统计功能，具体实现功能如下: a ) 有监测电 压偏差及直接或间接的统计电 压合 格率或电 压超限率的功能; 电压质量监测统计的时间以m i n为单位，计算公式为 电压合格率 ( %= ( i 一 电压超限时间 电压监测总时间 ) x 1 0 0 %( 5/ .2 ) 华北电力大学 北京)硕士学位论文 电压超限率 ( %)= 电压超限时间 电网电压监测总时间 x 1 0 0 % ( 1 .3 ) b )具有按月和按日统计的功能和具有打印功能。 c )实时显示被测电压，刷新周期为2 s o d )能预置被监测电 压额定值， 并按要求整定在被监测电压允许偏差范围内的上 下限。 e ) 在正常使用条件下，在被监测额定电压的士 2 0 %范围内，其综合测量误差 r i ， 时， 称 作电 容器谐波电 流放大;在 i ,h i h 和i chi h 同时发生时， 称为谐 波电 流严重放大， 设电 容器、 电 抗器和主系 统的 基波电 抗分别为x l x和x , ， 再设s = x , x . k = x , / x . s 和k 分别是以x为基值的 系统电 抗率和电 抗器电 抗率 。电 容器 和主 系 统的 谐波电 流为: ( 其中a te , 和a l , 分别是电 容器和主系统的 谐波电 流分配 系数) 九 丫 1 , 一 h x , + h x , +- x , i h h 一 “ ch l h ( 2 . 1 ) 华北电力大学 ( 北京)硕十学位论文 、，、 ，23 (2(2 i ., , = h x k 一 x , l h h x , + uk 一 xl h i h - a sh l h s s + k 一 i 1 h 2 k 一1 1 h , s +k一 1 / h 2 由 式( 2 .3 ) 和( 2 . 4 ) 可以 看出: 1 . 在h = 1 / f s- 不 下时 ， a ,h = c c ， a , = c c ( 由于实际上存在电阻，a ,。 幼 、 振情况，其谐波谐振次数为h o ，即 ( 2 .4 ) 在i h 0 时， 不论i * 为何值，1 , = 二，几= c c 1 , 和i ， 实际上是 有限 值。 这种情况是谐波谐 h o = x =井 一 x,. + xk , i s + k 2 . 在h = 1l v k 时 ， a h = 1 , a sh = o , i i = i h i 几 全滤波) ， 其谐振次数为h , ，即 ( 2 . 5 ) = 0 . 这种情况是电容器全谐振状况 ( 完 i x_ 气 = 一 v x k 3在 h 一 1/ 了 2 s + k 时 ， a , ( 2 . 6 ) 二 一 1 , a , = 2 , 几= - i , , i .,h 二 2 1 , o 这 种情况是谐波严重放大 第一临界状况，其谐波次数为h , ，即 4= x ( 2 . 7 ) 2 x, 十 x k 2 s+k 4 . 在h = l l ,j s l 2 + k 时， a pp = 2 , a eh = - 1 , i , 二 2 1 h , 几_ - i h 。 这种情况是谐波严重 放 大的 第二临界状况， 其谐波次数为h 2 ，即 人= x ,一 二 一 戈 1 2 + 凡v s 1 2 十 k ( 2 . 8 ) 由 式 ( 2 .5 ) 至( 2 . 8 ) 可以 看出:h , h , h , h , 时，几 1 , i , i , ， 电 容 器和主系统均分担谐波源电流:在h o h 气时，电 容器不仅是吸收谐波源电流， 而且吸收主系统谐波电 流; 在 h h e 时， 电 容器使主系统分担的谐波电 流大于谐波 电 流源电 流; 在h , h q c 2 定 容 量; u nk l , 叽2 分别为 两组电 抗 器的 额定电 压; i m i , i k 2 定电 流;k , k 2分别为两组电抗器的电 抗率。 或 凡 ， = z c l k , 或 凡: = z c 2 k 2 分别为两组电容器的额 分别为两组电抗器的额 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 “卜 卜 、 ， “_i ( 3 ) ti ff 波电流放大惜数的计算 :r a h = - =i + 1 h 2 2 2 : z , (z 2 + z , ) 其中;z , = z ,. h 为h 次系统阻抗值: z 2 = z , l h - z k , h 第一组电容器支路等值h 次阻抗值; z 3 = z 2 1 h - z k 2 h 第二组电容器支路等值h 次阻抗值。 2 .4谐波电流允许值计算 7 为了控制电网的谐波电压及谐波源注入电网的谐波电流，国际大电网会议 ( c i g r e )和国际电工委员会 ( i e c )都成立了专门的工作组制定电网谐波及用电 设备的谐波限制标准。 谐波电压是谐波源注入电网的谐波电流在电网阻抗上产生的， 因此要控制电网 中的谐波电压，就必须限制谐波源注入电网的谐波电流。世界各国限制谐波源注入 电网的谐波电流大致方法为: ( 1 )对于大量小容量的谐波源，规定了最大容量。 ( 2 ) 规定每一用户注入电网的谐波电流允许值。 ( 3 )计算从上一级电网的谐波电 压传递到本级电网的谐波电压后， 将剩余的谐波 电压作为可分配给用户的指标，再按用户接入该级电网的公用电功率的比例 计算允许该用户注入电网的谐波电流。 ( 4 )根据用户最大负荷电流与公共连接点的最大短路电流之比，确定用户注入电 网的各次谐波电流允许值。 公共连接点的全部用户向该节点注入的谐波电流分量 ( 方均根值)不应超过规 定的注入公共连接点的谐波电流允许值。 同一公共连接点的每个用户向电网注入的 谐波电流允许值按照此用户在该节点的协议容量与其公共连接点的供电设备容量 之比进行分配。 在公 共连接点处第i 个用户的 第h 次 谐波电 流允 许值 ( 几 ， ) 按下式计 算 h i = i , ( s / s ) ,1, 式中 :几一 第h 次谐波电 流允许值， a ; 叹 一 第i 个用户的 用电 协议 容量， m v a ; 尽 一 公共连接点的 供电 设备容量， m v a ; a一相位迭加系数。 2 . 5本章小结 以国家制定的电能质量指标标准为依据，确定各项指标的算法，按照标准与算 法可以编制软件得到我们需要直接数据来判断当前电网电能质量情况。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 第三章 电能质量指标统计方法研究 3 . 1 统计技术定义 3 . 1 . 1 数学定义 统计技术是以 概率论为理论基础的应用数学的一个分支。 统计技术是研究随即现象 中 确定的 数学规律的 学科。 1 8 现象:事物的表现称为现象。如风、雨、雷、电以及我们的日常工作、各项活 动，都可称为现象。 现象不会无缘无故的发生， 任何现象都是在具备一定的条件情 况下发生的。 条件可以 成为原因， 现象可以成为结果， 就其因果关系不同， 现象可 称为确定现象和随即现象。 确定现象:当给定一组条件后，若发生的结果是确定的 ( 必然的) ，则称其为 确定现象。 随即现象:当给定一组条件后，若发生的结果是随即的 ( 不确定的) ，则称其 为随即现象。产品质量就是一种随即现象。 3 . 1 . 2 实用性定义 统计技术是指应用有关的统计方法，收集、整理、分析和解释统计数据，并对 其所反映的问题做出一定结论的科学技术。日 “ 通过统计技术的 应用， 可以 探索有关质量变异的性质、 程度和原因。 所以统计 技术是探索客观规律的科学技术。 3 . 2统计数据及统计方法的分类 3 .2 . 1 统计数据的分类 数据是统计的对象， 人们习 惯上把由数字组成的数字数据称为数据。从广义来 讲， 数据还包括用语言 和文字表示的非数字数据( 确切讲， 应称为非数字资料) 。 幻 1 .数字数据 数字数据指由数字 ( 0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 )和小数点组成的数据。 数字数据是对可定量描述的特性的表达。可以通过抽样、测量、记录获得数字 数据。任何数字数据又都可以形成 ( 服从)一定的分布 ( 统计规律) 。 根据数据的性质， 数字数据又可以分为计量值数据和计数值数据，计数值数据 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文 又可以分为计件值数据和计点值数据。 计量值数据是指可以连续取值， 在有限的区 间内可以无限取值的数据。长度、面积、重量、密度、电压、电流等， 大部分质量 特性的数值都属于计量值数据。计数值数据是只能间断取值， 在有限的区间内只能 取有限数值的数据，是以正整数 ( 自然数)的方式表现。 z .非数字数据 非数字数据是指以文字或语言表示的数据， 确切的讲应称为文字资料或语言资 料。如意见、反映、议题、设想、信息等。 3 .2 .2 统计方法的分类 统计数据是统计方法应用中的统计对象，根据统计数据类别不同，统计方法可 分为统计型方法 ( 适用于数字数据的方法) 法) 。1 8 1 表3 - 1 总结了两类不同方法的特点 和情理型方法 ( 适用于非数字数据的方 表 3 - 1两类统计方法的比较 蕊黔 统计型方法情理型方法 收集对象 收集大量定量描述的数字数据。收集 方法:取样、测试、记录 收集大量定性描述的非数字数 据。收集方法:调查、 研究 处理方式 对数字数据进行统计计算，取得反映 客观规律的特征值。 对非数字数据 ( 语言资料) 进行 分类、归纳、整理，得到有条理 的思路 功能实施统计推断 ( 预测) 及统计控制作为决策依据 方法类型 常见统计方法中大部分属于 统计型方 法，如控制图、散布图、直方图 等 常见统计方法中少数为情理型方 法，如因 果图、系统图、关联图 等 1 .统计型方法 ( 适用于数字数据的方法) ( 1 ) 收集的对象 统计型方法收集的是大量可以定量描述的数字数据。收集数字数据是通过取样、 测量、记录而实现的。 ( 2 ) 数据的处理 统计型方法应用一定的数学公式，对取得的数字数据进行统计计算，得到反映 客观规律的特征值。 ( 3 ) 实现的功能 数字数据分布的特征值反映了产品质量的波动状况，所以统计型方法常用于过 程的统计控制和统计推断。 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文 在常用的统计方法中统计型方法占有比较大的比重。 z .情理型方法 ( 适用于非数字数据的方法) ( i ) 收集的对象 j情理型方法收集的是大量定性描述的非数字数据。非数字数据需通过广泛、深 入的调查研究获得。 ( 2 ) 数据的处理 非数字数据的处理又称为资料处理。 通常采用k j 法等方法经过分层、分类、归 纳、总结、整理，得到有条理的思路。 ( 3 ) 实现的功能 通过情理型方法的应用，所得到的有条理的思路，可作为决策过程的输入 ( 决 策依据) 。无论是领导层的决策、执行层的决策还是现场质量分析的决策， 均可 以以情理型方法的结果 ( 有条理的思路)作为输入。 3 . 3统计技术应用中的两类错误 统计技术中会犯错误而且是不可避免的。 包括以下两种错误: 第 1 类错误( 弃 真) ，即以真当假:第n类错误 ( 取伪) ，即以假当真。当采取措施减小犯第 i 类错 误的概率同时，会导致犯第i i 类错误的概率，反之亦然。毛主席曾说过:世界上只 有两类人不犯错误，一类是死去的人， 一类是尚未出生的人。也就是说，活着的人 只要去工作就会在工作中犯错误。既然如此， 我们可以 应用统计技术并且采取措施 将两类错误的总和降到最低程度。 3 . 4电能质量指标统计计算方法4 6 国标中制订的电能质量指标为供电电压允许偏差、谐波、电压波动和闪变、三 相电压允许不平衡和频率允许偏差共五项。 利用电能质量在线监测装置测得大量的 指标数据， 利用统计方法分析这些数据方便供电部门对于电能质量问题的监督管理 与治理。 在测得的数据中可能存在错误数据， 我们在数据提取中应利用数据特点剔 除异值。 利用谐波测量结果要得到一个判断谐波水平是否超过允许值的依据。国标规定 谐波测量的数据应取测量时段内各相测量值的9 5 % 概率值中最大的一相， 作为判断 谐波是否超过允许值的依据。 国标推荐近似计算9 5 % 概率值的方法为: 将实测的m 个数据由大到小次序排列，舍去前面mx 5 %的大值，取剩余的mx ( 1 - 5 %) 个值 中的最大值作为9 5 % 概率值。 再根据用户的实际要求对测量时间内的数据统计出各次谐波的电压 电流、频 率)最大值、最小值、平均值和9 5 % 概率值。 电能质量指标统计分析软件采用模块化的设计方法，利用数据调用模块、数据 华北电力大学 ( 北京) 硕士学位论文 统计模块，将电能质量的各项指标最终统计结果显示在软件界面上。 对于波动性负荷运行所引起的电压波动，不仅要检查它的最大电压波动， 还要 在足够长时间 ( 一般取 l o m i n )内观察电压波动的统计特征值。 如果在 l 0 m i n内对瞬时闪变视感度s ( t ) 计算出1 5 0 0 0 个数据，因为数据采集的 时间间隔一定，故可按数据采集次数来计算时间t 。为了清楚的讲述闪变统计方法 将s ( t ) 分成1 0 级， 如s ( t ) 在2 p . u . ( p .u . 表示标么 值) 范围， 则每级级差。 .2 p .u . ， 第 7 级 由1 .2 p .u ， 一 1 .4 p .u . ， 给出 第7 级 计 时 的 计 算 示 例， t 7 二 艺t, ( t， 为 s ( t ) 的 标么 值 在1 .2 p .u .- 1 .4 p .u 的 第i 个 时 间 段 的 时 间 ) 。 在 总 时 间 t = 1 5 品 。 次 中 第7 级 占 界 次 ， 其概率分布则为 x1 0 0 % ( 3 . 1 ) 这样依次计算得到1 0 级s ( t ) 的相应概率分布p k ( % ) , k =1 , 2 , 1 0 级， 可以 做出 概率分布直方图。 将 直 方图 的p k ( 0/ a ) 累 加得到累 积 概 率函 数( c p f ) ， 根 据c p f 便可 作出 闪 变的 统 计评定。在实际应用中可不做出 c p f曲线，而是根据这个思路导出逼近 c p f曲线 的适当算式。 对典型的正态概率分布， 通常用平均值和方差等特征值便可表达。 对 于电弧炉等负荷的电压波动 1 0 m i n c p f曲线，常用5 个规定值 ( g a u g e p o i n t s ) 或 称百分值 ( p e r c e n t i l e s ) 计算短时间闪 变的 统计值只 ， ， 则尺称为短时间闪变值。 5 个规定 值凡 ， 、 君 、 几 、 月 。 和凡分别为l o m i n 内 瞬时闪 变视感度s ( t ) 超过。 1 % , 1 % , 3 % , 1 0 % 和5 0 % 时间的觉察单位值。 计 算短时间闪 变值p的算式为: 只 ， 二 寸 k ,p o .i + k 2 p 十 k 3 p 3 + k 4 君 。 十 k s p 0 式中k t , k z , k 3 , k 4 和k s 为加权系数，根据实验数据来确定。由5 压波动工况， 给出5 个c p f曲线， 得出5 组数据: 2 5 个规定值和5 个p s r ( 3 .2 ) 个典型电 值作为已 知 量， 代入上式便得出以p o . 1 p , , p . p ,。 和p s。 为未知量的5 阶线性联立方程组 求 解它即可。 对 于 运 行周 期 较长的 一 类 波动性 负 荷， 一 般 用短 时间闪 变值只 ， 和长时 间闪 变 值 君 两 个指标作为判断闪 变的 标准。 长时间闪 变值统计时间国 标中 规定 为 2 h 。 在此 时 r i 内 作出 的c f f ， 将此期间 瞬时 闪 变 视 感 度不 超过9 9 % 概 率的只 ， 值只 i 9 9 % 或 超 过 1 % 时间的p ， 值只， 作为长时间闪 变值p，即: p , = p . 9 9 % 二 p ,( 3 .3 ) 实际中为放宽对电能质量的要求而更符合实际， 以9 5 % 概率代替9 9 % 概率， 在 整个期间， 有9 5 % 概率不超过的只 ， 值凡9 5 % ， 或有超过5 % 时间的只 ， 值p ， 作为长 时间闪变值。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 第四章 谐波超标原因分析方法研究 “ 国际一流供电企业考核标准”中规定“ l o k v配电母线电 压波形畸变率( % ) 共 1 ， 为实现创建国际一流供电企业的目 标， 首先必须对电压总畸变率超过国际一流 供电企业标准的全部配电母线进行超标原因分析， 为下一步加强用户谐波源管理和 开展谐波治理工作打下基础。为此，本章提出了一种原因分析方法，并以大灰厂变 电站 l o k v 4 # 母线谐波超标问题作为实例进行分析。 大灰厂变电站 l o k v 4 # 母线系统图如下: l o k v 4 # 电容器 负荷 图4 - 1系统图 4 . 1 l o k v 母线和变压器主开关谐波测试 利用f l u k e 4 1 或p m3 0 对 l o k v母线电压和主开关电流进行2 4 小时监测，电 容器投运和停运要各保证 3 0分钟以上。监测参数须包括电压、电流、电压总畸变 率、 电流总畸变率、 主要次数谐波电压和电流的有效值及相位， 测试间隔为 1 分钟。 为找出大灰厂站l o k v 4 # 母线电压畸变率超过1 % 的原因， 2 0 0 1 年3 月2 2日1 1 : 4 5 至2 3日1 0 : 3 6 对 i o k v 4 # 母线及变压器2 0 1 主开关电流进行了 谐波测试( 2 3日 1 0 : 1 1 至1 0 : 3 6 电容器停运，其它时间投运) 。 i o k v 4 # 母线b相电压和2 0 1 开关b相电流的总畸变率、3 次、5 次、7 次谐波 有效值变化曲线如图4 - 2 一图4 - 9 : i-t h d u i 六.yf aim. 工乞 了 一 .训 厂 丫内 场 曲断 ， w a irw l一 ” 四 l 六_ di热 . 。 . 、洲协卿卿 - 翎性w aw 训护户一 r l - - r 日 4 91 3 : 5 1 1 5 : 5 2 1 7 : 5 3 1 9 : 6 4 2 1 : 5 5 2 3 : 5 6 1 : 5 6 3 : 阳 5 : 5 8 7 : 5 9 9 : 的1 1 : 们 1 3 : 5 1 1 5 : 斑 1 7 : 瀚 1 9 : 创 2 1 : 历 乙: 防 l : 阶3 : 洲5 : 田7 : 田 9 : 湘 图4 - 2电 压总畸变率变化曲 线 图4 - 3 电流总畸变率变化曲 线 华北电 力大学 北京) 硕士学位论文 匡五 习1! - 1一 下兀- - 一丽 瓜 丽 玩 山 瓦_ 喘粳酬卿 哪 嘛 1 : 帕 1 3 : 5 1 1 5 : 5 2 1 ? 二 5 3 1 9 : 5 4 2 1 : 5 5 2 乃 : 万 5 : 5 63 ; 阴 5 ; 出 7 ; 5 99 : 田1 1 : 叨 1 3 : 5 1 1 5 : 5 2 1 7 : 邸 t g : 5 4 2 1 : 5 5 2 ;1 : 所 l : 5 63 : 犯 5 : 田 7 5 99 : 阴 图4 一 4 3 次谐波电压( v)图4 一 5 3 次谐波电流(a) 匡困三巫 “ 犊 必 脚 蝙 一 、。 j v峨五 姚。 ; 尸v r.树间灿山 峨h _ ， 甲 侧1川 l侧 盛d角.、 泌( 气 疏 沪 螂 一一一邓 黝酝毓几 匀 钾 ，1 1日 ， 川 u 们加阅8060钓即。 .1卫 n: 帕 门石l 15: 欣 17 出 19; 从 21: 55 刀: 55 卜瀚3 : 朋5 : 犯7 : 的 9 ; 犯 1 1 ; 舰 13: 5 巧: 5 2玲 幻 1 东从21二 55 那: 5 5卜毖 爪胡 5 ; 阴 7 : 朋 9 : 湘 图4 一 6 5 次谐波电 压( v ) 巨团 图4 7 5 次谐波电流( a ) 匡丁到 团 们 瓜一抵 幽 呷御翩酬 .r r 卜 d灰灰一. 一一一一. 妞1山 酬 碘l裁冠丽一 丽:j 坦开 下 即 乍 日 ， 哪 卿陋生 ， ， u: 四13: 日15: 犯 片: 黔份: 弘皿: 所乃: 压 卜 溺 3 : 田 位田 乞即 9 : 田 n二 拍 t 3 五 t l 导毖 口: 阶 19: 别溉: 岛邓丈 防 卜 肠 3 : 魁 5 : 恩 7 : 黔 侥印 图4 一 8 7 次谐波电 压 ( 码图4 一 9 7 次谐波电 流( a ) 为方便分析，表4 一 1 列出了21: 19: 18时刻系统有关参数: 表4 一 1 参数表 参数1 】公j 姗仆 肠拗u叻场 的压 匆毛 因u 匆几 的匕匆升 的 数值2 . 1 76 . 1 261 3 61 3 3 2 57 8 /-5 7 3 . 2 8 /6 名 . 1 2 7 3 4 1 8 4 2 8 . 3 8 /-1 7 6 . 2 3 . 4 4 /-1 0 7 -片 l 8 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 4 . 2 4 . 2 . 1 可见，电压畸变率超过了1 %的要求，谐波电压和电流中以5 次谐波为主。 以下计算以此时刻的数值为基准。 收集系统参数进行谐波计算 系统参数计算及系统等值电路分析 收集变压器一次侧系统阻抗、变压器短路阻抗、短路损耗、系统运行方式、主 接线图等，计算得出 i o k v母线的系统阻抗值。 大灰厂站 l o k v母线系统阻抗，小方式下的标么值为 6 .8 0 5 8 。小方式下的基波 阻抗值z , 为公式( 4 . 1 ) : z , 一 哎* p = 0 .7 5 0 3 52 s ( 4 . 1 ) 式中:u ， 为系统额定电 压 凡为 系统基准容量，1 0 0 0 m v a 凡为阻抗标么值 系统等值电路如图4 - 1 0 : 根据图4 - 1 0 ，计算公式( 矢量) 如下 u h 二 u , + u p 叭为l o k v 试值) ( 4 .2 ) 母线h 次谐波电压有效值( 测 一 . t u h - - - z s u h为背景h 次谐波电压有效值 1 o k v u 、 为2 0 1 开关h 电压有效值 次谐波电流产生的谐波 图 4 - 1 0简化电路 4 .2 .2 2 0 1 开关谐波电流产生的谐波电 压和总电 压畸变率 根据图1 0 , 2 0 1 开关谐波电 流产生的谐波电 压公式如式( 4 . 3 ) : 认 = - 1 * i , * h * z ,( 4 .3 ) 叭 2 0 1 开关谐波电 流产生的谐波电压有效值 h 为谐波次数 i h 为2 0 1 开关h 次谐波电流( 测试值) z , 为系统基波阻抗 华北电力大学 ( 北京)硕十学位论文 u 的相角为i h 的相角减去9 0 度。 由于变电站负荷性质一般为综合， 谐波电流主要为3 , 5 , 7 次，其它次数很小 所以， 2 0 1 开关谐波电流产生的总电压畸变率公式如式( 4 . 4 ) : t h d u = 丫 叮+ 可+ 衅/ u * 1 0 0 % 主要次数谐波电流产生的谐波电压和总电压畸变率计算结果如下表: 表4 - 2 2 0 1 开关谐波电流产生的谐波电压和总电压畸变率 ( 4 .4 ) u 3 ( v ) u 5 ( v ) i u 77 ( v ) t h d u ( % ) 7 . 3 7 / - 2 2 1 0 6 . 4 5 / 1 0 4 2 6 . 3 9 / - 1 4 1 1 . 7 9 4 .2 .3 背景谐波电压 根据式( 4 .2 ) ， 母线谐波电压测试值矢量减去2 0 1 开关谐波电流产生的谐波电压 得到背景谐波电压，计算公式如式( 4 . 5 ) : u p = v u h 2 + u h ， 一 2 认 叽， c o s 0 ( 4 .5 ) 式中:u n 为背景h 次谐波电 压有效值 u * 为系统h 次谐波电 压有效值 叽为2 0 1 开关h 次谐波电流产生的谐波电压有效值 0 为u * 和叽之间的 相