电弧炉负载电能分析与滤波装置的设计
当前，由于存在很多非线性的电力负荷不断提高，使得在一般情况下能够稳定运行的电网出现了很多问题，例如无功功率因数不断下降，受到谐波影响以及电磁干扰等。功率因数不断下降，使得电能的利用率下降，造成空转等问题；而谐波的危害更甚，它会导致形发生畸变，导致电力设备的基波负载可以承受的范围降低以及某些设备发生谐振，更有甚者可能会导致电网及其设备发生损坏。本文介绍了电弧炉对电力系统电网造成的各种电能污染和危害，并提出相应的解决方法；阐述了冶金企业的炼钢电弧炉如何科学的选择静止无功动态补偿装设备、设备内部结构以和怎样使用补偿容量法等。据此，针对电弧炉的谐波治理和无功补偿，给出了合理的解决方案，并对此方案进行了详尽的说明、科学的论断、精确的计算。通过PSCAD、MATLAB仿真软件进行仿真，对电弧炉的负载电能及滤波装置的效果进行验证，仿真效果表明通过本文的设计，电流波形变得更加均匀，减少了滤波前的电流的畸变，谐波得到有效地抑制，滤波效果理想。关键词 无功补偿，谐波治理，电弧炉
目 录
1 引言 1
1.1 无功补偿与谐波的概念 1
1.2 无功补偿与滤波装置的特点分析 4
1.3 电弧炉的总体特性 4
1.4 本文的研究内容与主要工作 5
2 电弧炉的电能质量特性 5
2.1 负载特性 5
2.2 电能质量分析 6
2.3 仿真与分析 7
3 高压无源滤波器的设计 9
3.1 无源滤波器的概念 9
3.2 滤波系统的参数设计步骤 12
3.3 设计方法验证 15
3.4 高压无源滤波器装置参数的设计 17
4 滤波装置的校验 26
4.1 基于PSCAD的滤波仿真 26
4.2 MATLAB 的频率扫描仿真 27
结 论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
1 引言
1.1 无功补偿与谐波的概念
1.1.1 什么是谐波
早在1790年1820年，西方研究学者就开始对谐波进行了研究，为谐波后 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
续理论的提出做出了巨大的贡献，而目前被人们所接受的理论则是由傅里叶等人提出的谐波研究模式。对于供电系统谐波概念的提出就是以周期性非正弦电量利用傅里叶级数为基础，此外对于可以获得的和电网基波振动频率一致的分量，同时，也获得了大量超过电网基波振动频率的分量，而这些分量就被称做谐波[1]。谐波次数，主要是指谐波频率和基波频率的比例值，计算公式为:n=fn/f1，同时电网在实际工作过程也可能出现非整数倍谐波，将其称做非谐波，所以，我们可以发现谐波主要是因为电网收到干扰所产生的[2]。
1.1.2 谐波产生的原因和谐波限制标准
导致谐波出现的原因众多，主要可以分为两个方面:第一:因为非线性负载的出现;第二：因为逆变负荷的出现。会导致谐波出现主要是因为电网的发动机以及变压器在工作过程会出现部分谐波成分。并且随着可能出现谐波的用电装置使用数量的增加，而且电网中大规模的利用并联电容器，其最大的特点就是对谐波十分敏感，导致谐波对设备正常工作产较为严重的影响。而我国为了更好的使用电网，则在1993年颁布了《电能质量公用电网谐波》并于1994年3月1日正式实施[3]。
由于本设计中母线短路容量不同于国标中的基准短路容量，因此母线的谐波电流允许值要按照国标给定的方法进行换算，公式如下：
式中： 公共连接点的最小短路容量，
基准短路容量，
标准中的第h次谐波电流允许值，
短路容量为时的第h次谐波电流允许值，
（）
目 录
1 引言 1
1.1 无功补偿与谐波的概念 1
1.2 无功补偿与滤波装置的特点分析 4
1.3 电弧炉的总体特性 4
1.4 本文的研究内容与主要工作 5
2 电弧炉的电能质量特性 5
2.1 负载特性 5
2.2 电能质量分析 6
2.3 仿真与分析 7
3 高压无源滤波器的设计 9
3.1 无源滤波器的概念 9
3.2 滤波系统的参数设计步骤 12
3.3 设计方法验证 15
3.4 高压无源滤波器装置参数的设计 17
4 滤波装置的校验 26
4.1 基于PSCAD的滤波仿真 26
4.2 MATLAB 的频率扫描仿真 27
结 论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
1 引言
1.1 无功补偿与谐波的概念
1.1.1 什么是谐波
早在1790年1820年，西方研究学者就开始对谐波进行了研究，为谐波后 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
续理论的提出做出了巨大的贡献，而目前被人们所接受的理论则是由傅里叶等人提出的谐波研究模式。对于供电系统谐波概念的提出就是以周期性非正弦电量利用傅里叶级数为基础，此外对于可以获得的和电网基波振动频率一致的分量，同时，也获得了大量超过电网基波振动频率的分量，而这些分量就被称做谐波[1]。谐波次数，主要是指谐波频率和基波频率的比例值，计算公式为:n=fn/f1，同时电网在实际工作过程也可能出现非整数倍谐波，将其称做非谐波，所以，我们可以发现谐波主要是因为电网收到干扰所产生的[2]。
1.1.2 谐波产生的原因和谐波限制标准
导致谐波出现的原因众多，主要可以分为两个方面:第一:因为非线性负载的出现;第二：因为逆变负荷的出现。会导致谐波出现主要是因为电网的发动机以及变压器在工作过程会出现部分谐波成分。并且随着可能出现谐波的用电装置使用数量的增加，而且电网中大规模的利用并联电容器，其最大的特点就是对谐波十分敏感，导致谐波对设备正常工作产较为严重的影响。而我国为了更好的使用电网，则在1993年颁布了《电能质量公用电网谐波》并于1994年3月1日正式实施[3]。
由于本设计中母线短路容量不同于国标中的基准短路容量，因此母线的谐波电流允许值要按照国标给定的方法进行换算，公式如下：
式中： 公共连接点的最小短路容量，
基准短路容量，
标准中的第h次谐波电流允许值，
短路容量为时的第h次谐波电流允许值，
（）
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