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低压配电网谐波分析与治理关键技术研究

作　者: 刘章波
导　师: 张万江
学　校: 沈阳建筑大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 谐波分析 FFT DFT 最小二乘法无功补偿移相调压
分类号: TM711
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近年来,低压配电网谐波分析与治理技术的研究已经成为电力系统领域研究的一个重要课题。目前,越来越多的非线性用电设备在低压用户端广‘泛使用,这就给低压配电网带来了大量的谐波污染,使得低压配电网的电能质量严重降,由谐波污染引起的事故不断发生,因此实时分析与测量电力系统谐波含量和掌握非线性设备产生的谐波含量,对于减轻谐波带来的危害是十分必要的。本文就电力系统中的常用谐波分析方法和治理措施、无功补偿技术作了全面的介绍。针对各种谐波分析方法的优缺点提出了一种基于最小二乘法和FFT相结合的改进型谐波分析方法,并进行了仿真分析对比,证明其能得到更准确的谐波参数。最后,结合实际工程对石英电热管的调功电路进行了谐波分析,并计算其谐波电流和无功补偿量,并通过采取相应的措施使其功率因素达到国家规定仇0.9以上。本文所做的工作如下：首先,主要介绍了本课题研究的目的和意义,指出谐波分析与治理的必要性。分析了电力系统中谐波的存在会给低压配电网带来多方而的危害,谐波的发展历程,谐波的国内外研究现状、发展趋势等。然后,由浅入深的阐述了谐波的概念,谐波产生机理,通用谐波的标准及限值,谐波的各种分析方法及其优缺点,同步采样的概念,傅里叶级数及其系数的推导,傅里叶级数根据波形对称性的化简,谐波相量的卷积,傅里叶变换,FFT谐波分析方法、DFT谐波分析方法、频谱泄露和栅栏效应的原因分析,以及现阶段采用的用来减小栅栏效应和频谱泄露的各种窗函数的优缺点,加窗插值谐波分析方法及其步骤等。其次,提出了一种基于最小二乘法和FFT相结合的改进型谐波分析方法,通过仿真对比分析证明该方法可以有效避免频谱泄露与噪声干扰,且能获得精确的谐波参数。再次,介绍了低压配电网的负荷特征,谐波畸变对电力系统的影响,谐波的抑制方法,各种谐波滤波器,无功补偿及功率因素的定义,影响功率因素的主要因素,无功功率的危害,无功补偿的意义,无功补偿方法及其比较,谐波对并联电容器的影响及抑制措施等。最后,结合实际工程对采用可控硅移相调压装置控制石英加热管的供配电系统进行谐波分析和无功补偿计算,给出谐波含量、系统功率因数的准确计算公式,以及有源滤波器和无功补偿的选择方法,得出在非线性电路中仅靠无功补偿难以满足电网对功率因数的要的结论。解决方法重点应在工艺方案的合理选择,不产生污染或少产生污染是最好的方法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-13
第一章绪论  13-17
  1.1 研究的背景及意义  13
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  13-16
    1.2.1 谐波的发展历程  13-14
    1.2.2 国内外研究现状  14
    1.2.3 国内外发展趋势  14-16
  1.3 主要研究内容  16-17
第二章谐波分析  17-37
  2.1 谐波的基本概念  17
  2.2 通用谐波指标及限制值  17-20
  2.3 谐波产生的机理  20-21
  2.4 电力系统谐波分析的主要方法  21-23
  2.5 同步采样概念  23
  2.6 傅里叶级数和系数  23-24
  2.7 根据波形对称性所作的简化  24-25
  2.8 谐波相量的卷积  25-26
  2.9 傅里叶变换  26-27
  2.10 DFT谐波分析方法  27-28
  2.11 FFT谐波分析方法  28-30
  2.12 窗函数与频谱泄露  30-32
    2.12.1 栅栏效应  32
    2.12.2 减少频谱泄露  32
  2.13 窗函数  32-36
  2.14 加窗谐波分析方法  36
  2.15 本章总结  36-37
第三章 FFT的改进型谐波分析方法研究  37-43
  3.1 FFT的改进型谐波分析方法原理  37-38
  3.2 利用最小二乘法进行谐波参数修正  38-39
  3.3 误差的最小化和迭代循环的优化方法  39-41
  3.4 仿真结果及分析  41-42
  3.5 本章总结  42-43
第四章谐波治理与无功补偿的探讨与研究  43-53
  4.1 低压配电网的负荷特征  43
  4.2 谐波畸变对电力系统的影响  43-44
  4.3 谐波的抑制  44
  4.4 谐波滤波器  44-46
    4.4.1 串联调谐滤波器  45
    4.4.2 双带通滤波器  45
    4.4.3 阻尼滤波器  45
    4.4.4 解谐(反调谐)滤波器  45
    4.4.5 有源滤波器  45-46
  4.5 无功功率的危害和无功补偿的意义  46-47
    4.5.1 无功功率的危害  46
    4.5.2 低压无功补偿的意义  46-47
  4.6 无功补偿技术  47
  4.7 各种无功补偿方式的比较  47-48
  4.8 谐波对并联电容器的影响及抑制措施  48-51
    4.8.1 谐波对并联电容器的影响  48-49
    4.8.2 谐波的抑制  49-51
  4.9 本章总结  51-53
第五章非线性负载的无功补偿及谐波分析  53-65
  5.1 工程概况介绍  53-55
    5.1.1 可控硅调功器的控制方法  53-54
    5.1.2 常用符号说明  54
    5.1.3 基本概念及其定义  54-55
  5.2 可控硅移相调压  55-57
    5.2.1 电压波形的傅里叶展开  55-57
  5.3 参数计算  57-62
    5.3.1 电压、电流有效值计算  57-58
    5.3.2 视在功率、无功功率计算  58-59
    5.3.3 功率因数及谐波电流计算  59-60
    5.3.4 补偿电容及消谐电流计算  60-62
  5.4 结果分析  62-63
  5.5 技术措施  63
  5.6 本章总结  63-65
第六章结论  65-67
  6.1 结论  65
  6.2 展望  65-67
参考文献  67-69
作者简介  69
作者攻读硕士学位期间发表的学术论文  69-71
致谢  71

低压配电网谐波分析与治理关键技术研究

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