电力系统谐波源及其对系统影响研究
摘 要 随着电力电子技术发展和电力市场的开放，电能的质量问题引起广泛关注。因为各种非线性负载的普及，谐波导致的电网污染越来越严峻。因此，谐波抑制技术己经成为国内外关注的题目。 本文先对国内外谐波的问题及现状进行了表述，介绍了谐波的定义、分类、电力系统谐波标准和抑制方法。阐述了谐波源的基本概念和非线性负荷谐波源的由来，并且对典型的非线性谐波源进行分析。此外，论文还介绍了电子式电能表结构和原理，分析了误差产生的原因。并利用MATLAB软件中的SIMULINK仿真环境建立模型，仿真验证了谐波对电能计量产生的影响。阐述了电网中普遍存在谐波以及谐波的危害，因此说明研究谐波对电能计量影响的重大意义。 运用MATLAB/SIMULINK工具，仿真10kV三相半波整流器负载的谐波电能和谐波指标。将仿真结果和理论上分析的结论进行对比，验证了谐波功率对电能计量有很大影响。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3本文主要工作内容 2
第二章 电力系统中谐波源概述 3
2.1谐波的定义 3
2.1.1谐波的数学表达式 3
2.1.2衡量谐波的主要指标 4
2.2谐波源问题概述 5
2.2.1谐波的产生 5
2.2.2谐波源的分类 6
2.2.3电力系统谐波标准 6
第三章 谐波源模型分析比较及谐波对电力系统的危害 8
3.1谐波源分类 8
3.1.1恒流源模型 8
3.1.2Norton等效模型 8
3.1.3简化的谐波源模型 9
3.1.4神经网络模型 10
3.2电力系统中谐波的危害 10
3.2.1对供配电线路的危害 10
3.2.2对电力设备的危害 10
第四章 仿真 12
4.1MATLAB/SIMULINK介绍 12
4.2谐波对电子式电能表计量的影响 12
4.2.1电子式电能表的有功计量方法及误差特性 12
4.2.2 谐波情况下电
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
子式电能表计量分析 14
4.3基于MATLAP/SIMULINK的实例仿真分析 14
4.3.1仿真实例模型与步骤 14
4.3.2仿真结果与数据分析 15
4.3.3仿真结论 16
第五章 谐波对电力系统的危害及限制措施 18
5.1谐波治理的意义 18
5.2谐波治理措施 18
5.2.1强化宣传，提高认识 18
5.2.2增加换流装置的相数 18
5.2.3加装静止无功补偿装置 18
5.2.4加装有源滤波装置（APF） 18
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
电力电子技术的不断快速的发展，电力系统中接入了许多非线性负荷，系统电压的作用下的非线性负荷，使供电电流发生了畸变，有很多的谐波的成分。谐波电流进入系统之中，谐波电压产生了，电网电压畸变也发生了，于是就造成了谐波污染。到现在，谐波问题不容乐观，不仅电能质量受到影响，而且电力系统安全运行也是不稳定。因此，计算、分析和研究谐波问题，并采取措施来抑制谐波是十分重要的。
关于电能质量问题，就需要当局加强供电的质量，同时也要在用户侧改善电能的质量，有关标准指出:当各种线性和非线性负荷影响了供电质量，或影响安全运行时，须采取有效措施消除。本文研究的主体就是利用仿真验证谐波对计量的影响。
电能质量的问题已经出现很长时间，比较电能质量的标准也引起广泛关注。电力系统发展初期，电力负荷由同步电动机、异步电动机和照明设备等简单构成。二十世纪八十年代以来，电力电子元件和装置已经很大程度应用于工业中，通过电力电子装置的转换和控制影响着电能的利用，与此同时非线性负荷增加。
电能在生产、传输和利用方面效率降低就是由于谐波，同时设备过热、振动噪声、绝缘老化和故障也是有可能的，甚至还会引起电压畸变，设备消耗功率增加，功率因数降低，输电线路损耗增加，输电线寿命缩短，电力计量误差出现，通信系统被干扰等问题。
谐波干扰着电力电子技术的发展，所以谐波研究的意义十分重大，迫切的需要更行之有效的研究。
1.2国内外研究现状
在二十世纪四十年代，谐波问题就有很多人注意到了，Read.J.C对变流器产生谐波进行研究。到了七十年代，非线性电子装置大量用于各个领域，这就使谐波问题变得更加严峻。93年国家技术监督局发布了《电能质量—公用电网谐波》。于九八年改名为《供电系统谐波》出版。这些年，有关谐波问题的各类专著和教材不断更新出版，王兆安教授在无功功率补偿和谐波抑制方面研究在国内有较大影响。此外我国不断引进国外优秀的谐波著作，像Francisco.C.De.Rosa著的《电力系统谐波》和学者George J. Wakileh博士编撰的《电力系统谐波一基本原理、分析方法和滤波器设计》。目前，电力谐波的相关问题的研究可以大致分为以下四点：
（1）谐波的功率理论和对计量影响的研究;
（2）公用电网谐波评估和限制谐波标准的研究;
（3）谐波的抑制和无功功率的补偿;
（4）谐波源分析和谐波检测方法研究。
1.3本文主要工作内容
本文首先对谐波问题及其现状进行描述，并介绍谐波源模型，进行了比较，分析了谐波的危害。并对谐波对电能计量的影响进行仿真验证。本文的主要工作内容如下：
（1）简述了谐波的相关内容，例如谐波的定义、分类、相关标准以及抑制方法等。
（2）对谐波源模型进行分析比较，具体分析了各个谐波源模型的优缺点。同时阐述了谐波的危害和影响。
（3）论述了电子式电能表的计量方法及误差特性，以及谐波情况下电子式电能表的计量分析。并且就谐波对计量影响进行仿真验证得出结论。
（4）阐述了谐波治理的意义，以及治理谐波污染的具体方法。
第二章 电力系统中谐波源概述
2.1谐波的定义
谐波一词属于声学的研究范畴。将周期性非正弦电量加以傅立叶级数分解，所得结果不仅包括与基波频率一致的分量，还有众多超过电网基波的分量，而后者也被叫做谐波[1]。
电压或电流波形中的谐波可以看作为一定频率的正弦分量，即
（21）
（22）
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3本文主要工作内容 2
第二章 电力系统中谐波源概述 3
2.1谐波的定义 3
2.1.1谐波的数学表达式 3
2.1.2衡量谐波的主要指标 4
2.2谐波源问题概述 5
2.2.1谐波的产生 5
2.2.2谐波源的分类 6
2.2.3电力系统谐波标准 6
第三章 谐波源模型分析比较及谐波对电力系统的危害 8
3.1谐波源分类 8
3.1.1恒流源模型 8
3.1.2Norton等效模型 8
3.1.3简化的谐波源模型 9
3.1.4神经网络模型 10
3.2电力系统中谐波的危害 10
3.2.1对供配电线路的危害 10
3.2.2对电力设备的危害 10
第四章 仿真 12
4.1MATLAB/SIMULINK介绍 12
4.2谐波对电子式电能表计量的影响 12
4.2.1电子式电能表的有功计量方法及误差特性 12
4.2.2 谐波情况下电
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
子式电能表计量分析 14
4.3基于MATLAP/SIMULINK的实例仿真分析 14
4.3.1仿真实例模型与步骤 14
4.3.2仿真结果与数据分析 15
4.3.3仿真结论 16
第五章 谐波对电力系统的危害及限制措施 18
5.1谐波治理的意义 18
5.2谐波治理措施 18
5.2.1强化宣传，提高认识 18
5.2.2增加换流装置的相数 18
5.2.3加装静止无功补偿装置 18
5.2.4加装有源滤波装置（APF） 18
结束语 20
致 谢 21
参考文献 22
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
电力电子技术的不断快速的发展，电力系统中接入了许多非线性负荷，系统电压的作用下的非线性负荷，使供电电流发生了畸变，有很多的谐波的成分。谐波电流进入系统之中，谐波电压产生了，电网电压畸变也发生了，于是就造成了谐波污染。到现在，谐波问题不容乐观，不仅电能质量受到影响，而且电力系统安全运行也是不稳定。因此，计算、分析和研究谐波问题，并采取措施来抑制谐波是十分重要的。
关于电能质量问题，就需要当局加强供电的质量，同时也要在用户侧改善电能的质量，有关标准指出:当各种线性和非线性负荷影响了供电质量，或影响安全运行时，须采取有效措施消除。本文研究的主体就是利用仿真验证谐波对计量的影响。
电能质量的问题已经出现很长时间，比较电能质量的标准也引起广泛关注。电力系统发展初期，电力负荷由同步电动机、异步电动机和照明设备等简单构成。二十世纪八十年代以来，电力电子元件和装置已经很大程度应用于工业中，通过电力电子装置的转换和控制影响着电能的利用，与此同时非线性负荷增加。
电能在生产、传输和利用方面效率降低就是由于谐波，同时设备过热、振动噪声、绝缘老化和故障也是有可能的，甚至还会引起电压畸变，设备消耗功率增加，功率因数降低，输电线路损耗增加，输电线寿命缩短，电力计量误差出现，通信系统被干扰等问题。
谐波干扰着电力电子技术的发展，所以谐波研究的意义十分重大，迫切的需要更行之有效的研究。
1.2国内外研究现状
在二十世纪四十年代，谐波问题就有很多人注意到了，Read.J.C对变流器产生谐波进行研究。到了七十年代，非线性电子装置大量用于各个领域，这就使谐波问题变得更加严峻。93年国家技术监督局发布了《电能质量—公用电网谐波》。于九八年改名为《供电系统谐波》出版。这些年，有关谐波问题的各类专著和教材不断更新出版，王兆安教授在无功功率补偿和谐波抑制方面研究在国内有较大影响。此外我国不断引进国外优秀的谐波著作，像Francisco.C.De.Rosa著的《电力系统谐波》和学者George J. Wakileh博士编撰的《电力系统谐波一基本原理、分析方法和滤波器设计》。目前，电力谐波的相关问题的研究可以大致分为以下四点：
（1）谐波的功率理论和对计量影响的研究;
（2）公用电网谐波评估和限制谐波标准的研究;
（3）谐波的抑制和无功功率的补偿;
（4）谐波源分析和谐波检测方法研究。
1.3本文主要工作内容
本文首先对谐波问题及其现状进行描述，并介绍谐波源模型，进行了比较，分析了谐波的危害。并对谐波对电能计量的影响进行仿真验证。本文的主要工作内容如下：
（1）简述了谐波的相关内容，例如谐波的定义、分类、相关标准以及抑制方法等。
（2）对谐波源模型进行分析比较，具体分析了各个谐波源模型的优缺点。同时阐述了谐波的危害和影响。
（3）论述了电子式电能表的计量方法及误差特性，以及谐波情况下电子式电能表的计量分析。并且就谐波对计量影响进行仿真验证得出结论。
（4）阐述了谐波治理的意义，以及治理谐波污染的具体方法。
第二章 电力系统中谐波源概述
2.1谐波的定义
谐波一词属于声学的研究范畴。将周期性非正弦电量加以傅立叶级数分解，所得结果不仅包括与基波频率一致的分量，还有众多超过电网基波的分量，而后者也被叫做谐波[1]。
电压或电流波形中的谐波可以看作为一定频率的正弦分量，即
（21）
（22）
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