基于瞬时无功功率的谐波检测方法

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毕 业 论 文

基于瞬时无功功率理论的三相谐波电流分析与检测

院 部 机械与电子工程学院 专业班级 电气工程及其自动化3班 届 次 20**届________ 学生姓名 _________ 学 号 _______ 指导教师 _________

二О**年六月一日

目 录

摘要 ..................................................................... Ⅰ Abstract ................................................................... Ⅱ 1 绪

《谐波抑制与无功功率补偿》第二次作业

题目要求：

对于晶闸管可控整流电路，主电路为：1）三相桥式全控整流电路，变压器Yd11 联结(1： 3) ；变压器一次侧相电压有效值??1=220V；阻感负载，R=30Ω，L=800mH，α=60°。

试设计LC 滤波器和电容补偿（如果需要的话），对上述负载的谐波和无功进行有效的补偿，使电源电流为与电源电压近似同相的正弦波（网测功率因数>0.96）。

要求：

1. 设计无源滤波器，并计算相应的参数。 2. 如果需要的话，设计计算无功补偿电容器。

3. 对建立的仿真电路进行仿真，给出有关的仿真波形，并对仿真结果进行分析。

4. 对设计步骤给出必要的文字说明。

按照要求，先进行滤波。对5、7、11、13次谐波采用单谐调滤波器，对13次以上谐波采用二阶高通滤波器。

所要确定的参数有：各单调谐滤波器与电阻R，电容C，电感L。

首先求最小补偿电容C??????：在不加滤波和无功补偿的情况下，基波与各主要谐波情况如下图所示：

图1 基波与各次谐波电流

从图中可以看出，

????5≈1.411?? ????7≈0.937?? ????11≈0.626?? ????13≈0.508??

根据教材给出的公式，按

《谐波抑制与无功功率补偿》第二次作业

题目要求：

对于晶闸管可控整流电路，主电路为：1）三相桥式全控整流电路，变压器Yd11 联结(1： 3) ；变压器一次侧相电压有效值??1=220V；阻感负载，R=30Ω，L=800mH，α=60°。

试设计LC 滤波器和电容补偿（如果需要的话），对上述负载的谐波和无功进行有效的补偿，使电源电流为与电源电压近似同相的正弦波（网测功率因数>0.96）。

要求：

1. 设计无源滤波器，并计算相应的参数。 2. 如果需要的话，设计计算无功补偿电容器。

3. 对建立的仿真电路进行仿真，给出有关的仿真波形，并对仿真结果进行分析。

4. 对设计步骤给出必要的文字说明。

按照要求，先进行滤波。对5、7、11、13次谐波采用单谐调滤波器，对13次以上谐波采用二阶高通滤波器。

所要确定的参数有：各单调谐滤波器与电阻R，电容C，电感L。

首先求最小补偿电容C??????：在不加滤波和无功补偿的情况下，基波与各主要谐波情况如下图所示：

图1 基波与各次谐波电流

从图中可以看出，

????5≈1.411?? ????7≈0.937?? ????11≈0.626?? ????13≈0.508??

根据教材给出的公式，按

什么是无功功率?什么是有功功率?什么是无功功率补偿?新式电度表是如何测量无功功率的?

在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。

有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示，单位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。

无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏(Var)或千乏(kVar)。

无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要

第5章 静止无功补偿装置

本文第4章中介绍的无功补偿电容器是传统的无功补偿装置，其阻抗是固定的，不能跟踪负荷无功需求的变化，也就是不能实现对无功功率的动态补偿。而随着电力系统的发展，对无功功率进行快速动态补偿的需求越来越大。

传统的无功功率动态补偿装置是同步调相机（Synchronous Condenser，缩写为SC）。它是专门用来产生无功功率的同步电机，在过激磁或欠激磁的不同情况下，可以分别发出不同大小的容性或感性无功功率。自二、三十年代以来的几十年中，同步调相机在电力系统无功功率控制中一度发挥着主要作用。然而，由于它是旋转电机，因此损耗和噪声都较大，运行维护复杂，而且响应速度慢，在很多情况下已无法适应快速无功功率控制的要求。所以七十年代以来，同步调相机开始逐渐被静止型无功补偿装置（Static Var Compensator，缩写为SVC）所取代，目前有些国家甚至已不再使用同步调相机。

早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器（Saturated Reactor，缩写为SR）型的。1967年，英国GEC公司制成了世界上第一批饱和电抗器型静止无功补偿装置。此后，各国厂家纷纷推出各自的产品。饱和电抗器与同步调相机相比，具有静止型的优点，响应速度

文献综述

课题入门：

1.对无功功率的几点认识：

1.1什么是电力系统中的无功功率？

1、电力系统从源头发电机到终端设备都是由非纯阻性元件组成的，因此必然存在无功功率的交换。

2、电感元件或电容元件虽然不消耗功率，但功率P瞬时值按正弦规律正负交替变化，这说明元件与外电路在不断的进行着能量交换。因此电感电容元件的瞬时功率又称为交换功率。元件交换功率的幅值越大，表面同样时间内“吞吐”的能量就越多，也即能量交换的规模越大。基于上面的分析，可得如下结论：电感元件的瞬时功率的幅值，可以作为衡量电感或电容元件与外电路能量交规模的指标，并称之为电感或电容元件的无功功率，用符号Q表示。则Q=UI无功功率的单位为var。

3、然而电力系统中大部分的无功功率并非无用的功率，相反在电力传输当中起着什么重要的作用。许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递，磁场交变就需要与电源进行能量交换。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的\无功\并不是\无用\的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，

无功功率的产生、作用与影响

在交流电路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。

有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示，单位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。

无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏(Var)或千乏(kVar)。

无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次

动态无功功率补偿基础知识

动态无功功率补偿基础知识

时代集团 --北京时代派奥斯电子有限公司杨国权2003.08.05

动态无功功率补偿基础知识

什么叫无功？ 电源能量与感性负载线圈中磁场能量或容性负载电容中的电场能量之间进行着可逆的能量交换 Q 而占有的电网容量叫无功，无功功率 表达式如 下：

Q UI sin 式中无功量 Q 的单位为Var(乏),线电压的单 位为V(伏),视在电流I单位为A(安)。

动态无功功率补偿基础知识

无功及分类 1、感性无功：电流矢量滞后电压矢量90度，如：电动机、变压器线圈、晶闸管变流设备等；

2、容性无功：电流矢量超前电压矢量90度，如：电容器、电缆输配电线路、电力电子超前控制设 备等；

3、基波无功：与电源频率相等的无功； 4、谐波无功：与电源频率不相等的无功。

动态无功功率补偿基础知识

什么是无功补偿？

无功补偿：指根据电网中的无功类型，人为地补偿容 性无功或感性无功来抵消线路中的无功功率。

无功功率有那些危害：—无功功率不做功，但占用电网容量和导线截

面积，造成线路压降增大，使供配电设备过载， 谐波无功使电网受到污染，甚至会引起电网振荡 颠覆。

动态无功功率补偿基础知识

什么是动态无功补偿？ 动态无功补偿根据电网中动态

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时代集团 --北京时代派奥斯电子有限公司杨国权2003.08.05

动态无功功率补偿基础知识

什么叫无功？ 电源能量与感性负载线圈中磁场能量或容性负载电容中的电场能量之间进行着可逆的能量交换 Q 而占有的电网容量叫无功，无功功率 表达式如 下：

Q UI sin 式中无功量 Q 的单位为Var(乏),线电压的单 位为V(伏),视在电流I单位为A(安)。

动态无功功率补偿基础知识

无功及分类 1、感性无功：电流矢量滞后电压矢量90度，如：电动机、变压器线圈、晶闸管变流设备等；

2、容性无功：电流矢量超前电压矢量90度，如：电容器、电缆输配电线路、电力电子超前控制设 备等；

3、基波无功：与电源频率相等的无功； 4、谐波无功：与电源频率不相等的无功。

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什么是无功补偿？

无功补偿：指根据电网中的无功类型，人为地补偿容 性无功或感性无功来抵消线路中的无功功率。

无功功率有那些危害：—无功功率不做功，但占用电网容量和导线截

面积，造成线路压降增大，使供配电设备过载， 谐波无功使电网受到污染，甚至会引起电网振荡 颠覆。

动态无功功率补偿基础知识

什么是动态无功补偿？ 动态无功补偿根据电网中动态

电力系统电压与无功补偿

现代生产和现代生活离不开电力。电力部门不仅要满足用户对电力数量不断增长的需要，而且也要满足对电能质量上的要求。所谓电能质量，主要是指所提供电能的电压、频率和波形是否合格，在合格的电能下工作，用电设备性能最好、效率最高，电压质量是电能质量的一个重要方面，同时，电压质量的高低对电网稳定、经济运行也起着至关重要的作用。 信息请登陆:输配电设备网 1. 电压与无功补偿

电压顾名思义就是电(力)的压力。在电压的作用下电能从电源端传输到用户端，驱动用电设备工作。

交流电力系统需要电源供给两部分能量，一部分将用于作功而被消耗掉，这部分电能将转换为机械能、光能、热能或化学能，我们称为“有功功率”。另一部分能量是用来建立磁场，用于交换能量使用的，对于外部电路它并没有作功，由电能转换为磁能，再由磁能转换为电能，周而复始，并没有消耗，这部分能量我们称为“无功功率”，无功是相对于有功而言，不能说无功是无用之功，没有这部分功率，就不能建立感应磁场，电动机、变压器等设备就不能运转。在电力系统中，除了负荷无功功率外，变压器和线路的电抗上也需要大量无功功率。

国际电工委员会给出的无功功率的定义是：电压与无功电流的乘积为