工企供电报告_工企供电课程设计

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工业企业供电课程报告

电网供电质量的提高

——谐波抑制和无功功率补偿

学生姓名：

班级学号：5090419

任课教师：刘云静

提交日期：2011.12.16成绩：

课程报告自查表

电网供电质量的提高

——谐波抑制和无功功率补偿

一、研究背景、现状和意义

1、研究背景

近年来国内供电局势十分紧张，解决途径除新增装机容量外，在现有条件下通过改善电能 质量减少发电、输电和用电环节的能源浪费也是一个好方法。电能质量问题早已引起人们注意，但基本上都是从用电设备安全等角度去考虑。电能质量的好坏除了影响用电设备安全和效率外，还会对发电和输电设备效率等产生很大影响，进而造成巨大能源浪费。

2、问题现状

中国经济要实现可持续发展，必须解决好经济、能源与环境的协调发展这一重大课题，我国经济发展目前正在面临能源和环境的双重压力。近几年由 于我国经济的快速发展和气候等因素，电力供应十分紧张，据统计2003年全国19个省份缺电，2004年 缺电省份增加到24个，最大的电力缺口达到了3000 万千瓦，据电监会的预测数据：2005年全国电力供 需依然偏紧，预计今年电力供应的最大缺口为2500 万千瓦左右。在这种形式下一些地区只能拉闸限电，能源问题已经阻碍了国民经济的健康快速发展。缓解当前电力供应紧张形式有两个途径，一是开源，新建发电厂，提高装机容量，但周期长，设备制造、安装、建设又会对能源造成新的压力；二是节流，通过采用先进的技术、设备从发电、输电和用电各个环节减少能源浪费，提高能源利用率。中国的节能潜力是巨大的。2002年，中国1万美元GDP的能源 消耗为11.8吨标准煤，这一能源消耗水平相当于美国的3倍、德国的5倍、日本的6倍。目前我国能源利用 效率仅为30％左右，比发达国家低10个百分点。

过去人们关注电能质量多从用电设备安全的角度，实际上因为电能质量下降还将引起的发电、输电和用电设备损耗增加，效率下降，造成巨大的能 源浪费，因此在当前形式下，通过提高电能质量既 可以减少能源浪费，又保证了电力系统各设备的安全运行，因此无论从资源和环境等地可持续发展还 是缓解当前形式的时效性角度看，提高电能质量都是一条解决当前能源紧张的好途径。

提高供电质量的方法有多种，本文章中主要针对谐波电流和谐波电压污染以及电网中无功功率的补偿进行讨论。

电力电子装置是公用电网中最主要的谐波源，随着电力电子装置的应用日益广泛，电网中的谐波污染也日趋严重。另外，大多数电力电子装置功率因数很低，也给电网带来额外负担，并影响供电质量。因此，抑制谐波和提高功率因数已成为电力电子技术、电气自动化技术及电力系统研究领域所面临的一个重大课题，正在受到越来越多的关注。

设置无功补偿电容器和LC滤波器是传统的补偿无功功率和谐波的主要手段，已获得了广泛的应用。但这种无源补偿装置的补偿性能较差，难以对变化的无功功率和谐波进行有效的补偿。晶闸管获得广泛应用后，以晶闸管控制电抗器（ＴＣＲ）为代表的静止无功补偿装置（ＳＶＣ）有了长足的发展，可以对变化的无功功率进行补偿。近年来。随着以ＧＴＯ晶闸管、ＢＪＴ和ＩＧＢＴ为代表的全控型器件向大容量化、高频化方向的不断发展，采用电力电子技术的各种有源补偿装置发展很快。主要用于补偿无功功率的静止无功发生器（ＳＶＧ）比起 ＴＣＲ有更为优越的性能。主要用于补偿谐波的有源电力滤波器的研究十分活跃，这种滤波器比ＬＣ滤波器有更优越的补偿性能，技术上已经成熟，在国外已有许多工业应用实例。

3、研究意义

近年来，随着我国电力工业的不断发展，大范围的高压输电网络逐渐形成，同时对电网无功功率的要求也日益严格。无功电源如同有功电源一样，是保证电力系统电能质量、降低电网损耗以及保证其安全运行所不可缺少的部分。电网无功功率不平衡将导致系统电压的巨大波动，严重时会导致用电设备的损坏，出现系统电压崩溃和稳定破坏事故。因此，研究无功功率具有重要的现实意义。

对谐波的研究首先是因为谐波的危害十分严重。谐波使电能的产生、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。

谐波研究的意义，还在于其对电力电子技术自身发展的影响。电力电子技术是未来科学技术发展的重要支柱。有人预言，电力电子连同运动控制将和计算机技术一起成为21世纪最重要的两大技术。然而，电力电子装置所产生的谐波污染以成为阻碍电力电子技术发展的重大障碍。

二、设计方案

1、谐波和谐波的分析

在供电系统中，通常总是希望交流电压和交流电流呈正弦波形，正弦电压可表示为

u(t)

2Usin(t)

U——电压有效值；——初相角；——角频率；f——频率；T——周期 正弦电压施加在线性无源元件电阻、电感和电容上，期电流和电压分别为比例、积分、微分关系，仍为同频率的正弦波。但当正弦电压施加在非线性电路上时，电流就变为非正弦波，非正弦电流在电网阻抗上产生压降，会使电压波形也变为非正弦波。对于周期为T2/的非正弦电压u(t)，一般满足狄里赫利条件，可分解为如下形式的傅立叶级数：



u(t)a0

(a

n

1n

cosntbnsinnt)

2

式中 a0

bn

12



2

u(t)d(t)；an





u(t)cosntd(t)；





2

u(t)sinntd(t)(n=1,2,3,„)

在傅里叶级数中，频率为1/T的分量为基波，频率为大于1正数倍基波频率分量为谐波，谐波次数为谐波频率和基波频率的整数比。

（1）u(t)为奇函数，其波形以坐标原点为对称，满足u(t)u(t)。这时式中只含正弦项，直流分量a0和余弦项系数an均为零。

bn







u(t)sinntd(t)（n=1，2，3，„）

（2）u(t)为偶函数，其波形以纵坐标为对称，满足u(t)u(t)。这时式中只

含直流分量和余弦项，正弦项系数bn为零。a0和an的计算可化简为

a0







u(t)d(t)an







u(t)cosntd(t)（n=1,2,3,„）

（3）u(t)u(t)，即把波形的正半波向右平移半个周期后，和负半波是以横轴为对称的，这时式中只含有基波分量和几次谐波分量，an和bn可化简为

an







u(t)cosntd(t)bn







u(t)sinntd(t)

（n=1,3,5,„）

（4）u(t)u(t)，且在正半周期内，前后π/2的波形以π/2轴线为对称。

bn的计算式可化简为bn







u(t)sinntd(t)（n=1,3,5,„）

2、无功功率和功率因数

在正弦电路中，负载是线性的，电路中的电压和电流都是正弦波。设电压和电流可分别表示为u2Usint

i

2Isin(t)

2Icossint

2Isincostipiq

电路的有功功率P就是其平均功率PUIcos，电路的无功功率为QUIsin

在非正弦电路中，有功功率为P

12



2



9uid(t)

U

n

1n

Incosn

三、结论