非线性用户谐波评估与治理方案研究

论文摘要

随着电力电子技术的发展,基于各种电力电子装置的非线性设备得到了迅速的普及和发展,各行业使用的换流设备数量越来越多、容量越来越大,电弧炉和电气化铁路等产生的谐波电流注入电网,都造成了谐波成分的上升。谐波不仅使公用电网电压波形畸变现象愈加严重,电能质量严重下降。因此,把公用电网谐波量控制在适当的范围内,防止谐波造成的危害,从而保证电力系统安全经济运行,成了大家普遍关心的问题。电力系统是一个整体,其电能质量状况相互影响,对新入网的用户谐波情况进行评估预测并提出适当的治理方法,为新上非线性用户入网前的建设和规划提供参考是更经济可行的办法。本课题分析了我国关于电力系统谐波问题制定的相关标准,在此基础上针对电能质量谐波评估和治理的理论和方法进行研究。考察了目前对电能质量问题研究的几种常用方法的优缺点,提出了将非线性用户放入网络内,结合时域仿真评估其入网后对系统的影响和电能质量问题的研究方法。谐波源和电力负荷的建模对电能质量问题是比较重要的,本文总结了一些建模的理论方法和许多不同种类的模型,并应用于重要元件的仿真研究。目前对于谐波治理方面的理论主要包括主动治理和被动治理两大方面,但由于受到技术和成本的制约,并不是所有措施都能够真正得以应用于实际生产,本研究综合比较了多种电能质量谐波治理措施的特点及优劣,着重探讨通过设置无缘滤波器来治理谐波的技术,分别对谐波系统在滤波器设置前后系统的状态和谐波含量、电压、电流畸变率以及灵敏度等指标,验证了采用这种技术治理谐波的可行性。本研究引入了一种新型的仿真软件CYME对谐波网络进行模拟实验,该软件功能强大模型预定义库丰富,有专门开发的谐波分析模块方便研究。根据实际网络搭建系统仿真模型,对程序运行得到的谐波阻抗、电压、电流和灵敏度等指标加以分析,评估产生谐波的原因和谐波对系统电能质量的影响。搭建简单网络模型,仿真模拟其不存在谐波源和加入谐波源后的系统状况,并模拟了在系统内加入无源滤波器治理谐波的效果及其对系统带来的影响,结果表明这种谐波治理措施是符合实际需求的。本文从谐波评估和治理的角度进行了大量仿真实验,在实际生产中也可以用此研究手段对即将入网的非线性用户进行评估和规划。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章:绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 谐波及电能质量问题概述
• 1.1.2 电能质量的定义和评价标准
• 1.2 课题研究的意义
• 1.3 国内外谐波问题研究现状
• 1.4 本研究所做的工作
• 第二章:电力系统元件谐波模型
• 2.1 谐波分析方法和工具
• 2.2 谐波源和负荷建模
• 2.2.1 恒流源模型
• 2.2.2 Norton等效电路模型
• 2.2.3 基于交叉频率导纳矩阵的简化模型
• 2.2.4 基于最小二乘逼近的简化模型
• 2.3 电力系统各元件模型
• 2.3.1 发电机模型
• 2.3.2 并联及串联电容器模型
• 2.3.3 负荷模型
• 2.3.4 感应电动机模型
• 2.4 本章小结
• 第三章:谐波评估在CYME中的实现
• 3.1 简单谐波网络仿真
• 3.2 IEEE标准13节点分布网络的谐波评估
• 3.3 本章小结
• 第四章:谐波治理措施研究
• 4.1 谐波的治理和改善措施
• 4.1.1 主动治理措施
• 4.1.2 被动治理措施
• 4.1.2.1 单调谐滤波器
• 4.1.2.2 双调谐滤波器
• 4.1.2.3 高通滤波器
• 4.1.2.4 有源电力滤波器
• 4.1.3 其他治理措施
• 4.2 谐波治理在CYME环境下的仿真
• 4.2.1 无谐波源时系统的各个波形
• 4.2.2 加入多频率电流源后的各波形
• 4.2.3 加入单调谐滤波器后的各波形
• 4.3 本章小结
• 第五章:结论与展望
• 5.1 论文完成工作的总结与结论
• 5.2 课题展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表