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电网谐波数据的检测与分析研究

王葵  
【摘要】: 谐波问题是目前工业化国家最重要的电能质量问题之一。本文调查了配网中的谐波情况,并对单个小型的非线性设备做了谐波分析。电气化铁路是最大的谐波注入源,本文详细介绍了电气化铁路的电能质量检测平台,并对实时数据做了仿真研究。本文的主要工作有: 1)理论分析了谐波畸变功率对视在功率和功率因数的影响。利用数字式示波表对低压民用负荷的谐波状况进行了实测,实测数据基本代表了非线性负荷和低压电网的谐波现状。数据表明,现在大多数商业、居民用电设备中的相位滞后无功功率较小,谐波畸变无功功率较大,因此功率因数较低。 2)利用电磁暂态仿真程序ATP建立了两类主要的低压民用负荷模型和三相四线制模型,模型的仿真结果与实测数据基本吻合。 3)对济南城市配网中的10kV/0.4kV变压器的低压侧做了测量,数据表明,相线谐波含量接近国家标准,中性线的谐波含量标准没有规定,但是却谐波严重过载。根据测试数据,本文估计了非线性负载情况下线损的增加,建立了计算谐波线损的简易模型,提出谐波存在情况下的无功补偿方法,无功补偿应当包括基波无功功率的补偿和谐波畸变功率的补偿两部分。表明了治理谐波和降低线损的关系。 4)10kV母线的谐波测量数据往往不准确,三次谐波升高是由于PT中性点消谐器的放大作用。东营某变电站测量数据说明在三次谐波电流正常的情况下三次电压有异常升高的情况。 5)近年来,电力系统谐波和不平衡负载增长迅速,影响了电度表的计量,导致了计量电费的不合理现象。若以有功功率p的积分为电度量,将造成供电部门的电费损失,这是由于非线性和不平衡负载向系统倒送谐波和非正序功率影响计量以及这些功率在系统中流通增加线损所致。同时,不产生谐波的线性用户却受到谐波和不平衡电流的影响。本文表明,在单相系统中,以基波功率p_1的积分代替全功率p的积分作为计量标准,将会消除这两方面的不利影响。在三相系统中,以正序基波功率的积分作为计量标准,同样可以消除这两方面的不利影响。 6)针对电气化铁路引起的电能质量问题,提出了一种基于分布式体系软件平台构建的分层、分布式电气化铁路电能质量监测平台。监测平台采用分布式结构设计,主要包括主站系统、分站系统和通讯通道三个主要组成部分。监测平台对谐波、电压波动和闪变、三相不平衡、功率因数等电能质量指标的监测,完全按照最新国家标准执行,检测方法可根据国标修订情况及时变更。而且采用嵌入式internet技术,透明地支持多种通讯方式。分站系统主要组成部分为电能质量监测仪,测量功率,电能,和三相电能质量数据,包括谐波含量,暂态过程,电压跌落和突增,功率因数,冲击等。有USB通讯接口。监测平台对操作员是开放的。监测点的扩展不受限制。平台采用SQL Server2000数据库管理系统。电气化铁路电能质量监测平台,已在胶济电气化铁路沿线电网中投入运行,现已涵盖了数个牵引变电站。 7)通过对电气化铁路牵引供电规划方法的研究,提出电气化铁路供电接入系统方案需遵循的原则,通过分析牵引变压器不同的接线方式对系统的影响及动车组投运对山东电网电能质量的影响,提出减小电气化铁路对电网电能质量影响的技术措施,提出电能质量监测点的设置原则及电能质量治理的技术原则。 8)山东电网电气化铁路实时数据表明某些供电线路存在高次谐波电压、电流被异常增大的情况。针对这一现象,文中通过ATPDraw软件建立电气化铁路的仿真模型并进行分析研究,发现在电力机车产生的各次谐波中,某些高次谐波的频率与110kV供电网谐振频率接近,高次谐波异常增大是由于供电线路参数配合不当,引发了谐振,从而在阻抗元件上产生了高次谐波电压。


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