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谐波对电力质量问题的不利影响
SampadAcharya，RudranilGhosh＆T.Halder*电气工程系卡利亚尼政府工程学院Kalyani，District-Nadia，WestBengalPIN-741235，印度rudranilssp26@gmail.com，sampadacharya1@gmail.com和tapas_haldar@yahoo.com
摘要
本文介绍了有关负荷的电力和电能质量问题的标准以及配电中有源滤波技术对谐波的不利影响及其缓解措施。互调频率的存在被指出为电力，绿色电力管理和节能的实质异常。谐波的不良影响不仅会导致功率损失，还会引起系统的不确定性。有源滤波技术用于减少谐波在混合建模，不同类型系统，分析，创造性法规和谐波功率方面作为开放和补充能源市场的成本效益解决方案的杂散效应。
关键词：谐波效应;混合建模;分析;功率因数;谐波功率;电能质量;
符号列表
D=失真功率
DriveKVA=系统的满载KVA额定值
=电流的N次谐波分量
（rms）=当前失真的rms值
=系统的线路电流
=系统负载电流
（rms）=线路电流的基本分量，单位为rms
=系统的介电常数
N=系统谐波的阶数
SCKVA=系统的短路KVA额定值
P=有功功率
Q=无功功率
S=总功率
f=功率频率
THD=总谐波畸变
=电压VN的第N个谐波分量
（rms）=失真电压的有效值
=系统的线电压
cos（psi;）=位移贴装因数
引言
根据电力系统输入交流功率特性的容差[1]-[2]，对于某些选定的阈值，定义值或标准所规定的不同问题将电能质量这个术语标准化。在分析电力系统相关门槛各部件的参数时，要记录下来以证明断路。实质性的门槛很难通过对实际系统中发生的巨大困难的分组来确定[3]。至于范例，如果一个特定的设备部分阻止工作，功率器件的阈值将通过电压和噪声限制来运行，以预测功率失常的解释[4]-[5]。
当电源允许的电压或电流曲线出现畸形时，电压和电流谐波就会在电力系统中产生异常的运行条件，这会引发感应和同步驱动电机，电力交流发电机和发电机中的剩余热量[6]。具有异常值的电压谐波确保了电力电缆，绕组，电容器组等的绝缘配合恶化[7]。电压谐波起着消耗不同功率器件和转换器的作用，这些器件和转换器消耗用于同步的稳定电压波形。电机绕组中的电流谐波可能会产生有害的电磁干扰（EMI）。
通过电力电缆的电流谐波可能会产生不规则的加热，而加热过程通常由电源的元件组成[8]。另一方面，巨大的电流谐波流过电源断路器和开关装置，以增加功率损耗[9]。由于有源或无源滤波器和电容器组的故障，谐振电流也由不规则电流谐波产生。谐波的这些不利影响也可能导致电力系统开关装置和继电保护装置的错误跳闸，但这些几乎不能改进系统[10]-[11]。
电能质量的挑战
绝大部分约62％的电力质量问题是由用户或商业内部的投入引起的。22％是邻近消费者的结果。12％是传统发生的结果，如雷击，梯子四肢，巨大的同事和4％的效率和系统的操作，如系统的断路器。下面描述了电力公用事业的输配电能力的重要增长：
bull;巨大的增长，稳健的电网和稳定控制
bull;维护和选择发电的旋转储备作为最佳的负载需求。
bull;加速碳捕集与封存技术（ADCCAST）的发展，有利于系统的绿色电力管理。
bull;从污染物中实现温室气体零排放到银行电力和大气。
bull;提高精准电力客户的电力质量（PQ）和强大的可靠性。
bull;提高电力系统基础设施的健康性，灵活性，安全性和安全性。
bull;邀请智慧城市和数字文明的强大基础设施。
bull;在促进技术平台方面占据主导地位。
bull;利用存储技术的有意义的优点。
bull;高效率的消费者。
bull;维持并提高供应链的准入水平和质量。
bull;全球电力化为权力的无限力量，使同盟在相邻领域之间没收长期争议。
bull;以运输可行能源系统为基础的巨大电力扩张。
bull;经济负载调度
3.谐波的来源
电力网络和负载侧谐波存在各种来源，但这里谐波的最重要目标集中在如下所述的电流和电压源很大程度上的非线性负载：
bull;二极管整流器非线性负载。
bull;焊接负载。
bull;电弧炉负载。
上述非线性负载采用可靠的功率因数和运行电力系统的杂散谐波和大量功率损耗进行工作，因此功率因数改进是强制性资产以积累稳定的功率。
4.谐波畸变的建模
谐波失真和感兴趣的基频的倍数被认为是N倍，基频被称为N次谐波，这在电力系统中的巨大功率损耗，不稳定性，不可靠性和破坏性干扰方面存在缺陷。电力系统的电能质量将包括进行调整。由于放松管制被生产捕捉，说服力同意设施的高度，并且在系统减排中的冒险是显而易见的。监管机构确保避免。这需要一些质量和可靠性的基本阶段。目录正在城市化和标准化，以帮助描绘系统中的电能质量水平。
目录正在城市化和标准化管理，以描绘系统中的电能质量阶段。
为了确定谐波的非线性效应，根据输入（Vi）和负载电压（V0）考虑N阶多项式：
（1）
如果我们对简单近似考虑N=3，则方程（1）降低为：
（2）
现在，输入电压被认为是下面给出的三角函数：
(3)
(4)
结合方程（3）和（4）得到：
（5）
等式（5）可简化如下：
（6）
如果等式（6）的直流分量（A0）被隔离变压器滤除，并且A对于小信号逼近非常小，则方程（6）减小为：
（7)
否则，不再进一步近似方程式（6），认为提出式（7）以引入事实装置或系统中的有功功率因数校正单元产生如下：
（8）
（9）
假设，，，。等式（9）的系数减小后：
（10）
为了解决方程（10），简化准备为：
（11）
进一步假设x=,则可得：
4 0.5-3 ()=0(13)
方程（10）通常用于绘制下面的图，考虑下面列出的流动参数，矩阵形式由下式给出：
=(14)
写出式（10）来描绘如图1所示的弯曲部分，以推测在方程（15）中计算的谐波的弯曲效应和信号的直流偏移值以设想该曲线。
f()=(15)
图1.f（wt）与wt曲线可预测复杂信号的谐波和直流偏移值的影响
现在，与功率器件相关的失真的影响是显着的，考虑到不完美的电源具有两个角频率omega;1和omega;2的不同阶谐波的多个频率产生如下：
(16)
结合等式（2）和（16）并简化得：
(18)
解析方程（18）的最后一部分的必要简化有助于通过电力公用事业的负载产生谐波，所以这部分应该根据混合优化技术来优化，并且所得到的图被绘制以执行在更宽范围的负载和输入电压变化的情况下，电力系统的稳定性将受到干扰。因此，最后一部分可以写成：
(19)
方程（18）和（19）的组合可以分别根据频率（f1）和（f2）的两个整数（m）和（n）预测双音失真产物，那么畸变乘积的阶数给出为：
=（mplusmn;n）ge;（m n）（20）
表1
|
Numberofthe DistortionProducts (Dm,n) |
Frequency(f)inHz |
||||
|
N |
H |
IM |
T |
Hf |
IMf |
|
2 |
2 |
2 |
4 |
2f1,2f2 |
f1 f2,f2-f1 |
|
3 |
2 |
4 |
6 |
3f1,3f2 |
2f1plusmn;f2,f2plusmn;2f1 |
|
N |
2 |
2N-2 |
2N |
Nf1,Nf2 |
Infinite |
表1用公式（20）建立，其中N=失真乘积的阶数。H=谐波数量。IM=互调数，T=总数，Hf=谐波频率。IMf=互调频率。此外，表1描述了如何根据电力系统的运行产生谐波，其中显着效应非常显着地使电力质量变好。
为了使电力系统的谐波产生相关的不良影响，表2准备就互调产物而言预测工频（50Hz和51Hz）失真产物的两个音调的个案研究。
表2
|
N |
Hf(Hz) |
IMf(Hz) |
||||
|
2 |
100,102 |
101,1 |
||||
|
3 |
150,153 |
49,52 |
,151,152 |
|||
|
4 |
200,204 |
-2,2,99,102,201,202,204 |
||||
|
5 |
250,255 |
48,53 |
,148,154,251,252,253,254 |
|||
|
6 |
300,306 |
3,3,98,154,199,205,254,301,302,303,303,305 |
||||
互调制产品接近输入频率，如粗体和突出显示的部分所示，这与印度电力公司的电源频率不相等，以便由于存在谐波的可怕影响，功率信号的下陷和膨胀而延长功率的良好质量的电力公司的电力分配。分析基本频率和谐波频率的幅度，以求出由于工频，信号，噪声和失真较宽变化引起的总谐波失真（THD）等失真，如表II所示，其中负互调频率表示压缩电网严重负荷造成的工频，以及电网或发电机组不定期调度。
5．线性和非线性负载的功率因数
功率不足因素对电力系统的损失起着重要作用。它高度依赖于负载的类型，无论是线性还是非线性。在这方面，功率因数被定义为电压和电流波形之间的相移。为了预测这个因素，如图2所示绘制了一个相量图，该图对于根据有功功率（P）和视在功率（S）给出的功率因数（pf）计算非常有用：
pf=PS (21)
下面的相量图是基于恒定的纯正弦电压绘制的，忽略了消费者对特定正弦负载的谐波效应。
图2.线性负载的基本相量图
现在，功率的定义可以被定义为：
如果系统的无功功率（Q）趋向于零，则方程（2）变为：pf=1。
如果它被认为是简单的电阻线性负载，那么功率因数变为1，并且也没有谐波。
现在，如果系统被认为是非线性负载，在这个负载下杂散尖峰和不正常的谐波起到污染电源的作用。由于谐波的巨大影响，失真功率（D）引起功率变形，并且对功率器件也是巨大的不利影响。
为了阐明失真功率的影响，下面的相量图如图3所示。
失真功率（D）的表达式由下式给出：
它可以从几何中的三角形属性写出，Delta;OAB给出如下：
此时，结合等式（24）和（25）可得：
这个等式由图3可写成：
图3非线性负载基本相量图
现在，等式（26）可等效于：
S的通解为：
如果cos(theta;) = 1，等式（28）进一步简化为：
如果cos(theta;) = -1，等式（28）进一步简化为：
如果cos(theta;) = 0，等式（28）进一步简化为：
等式（31）描述了由于电力系统的线路对地故障条
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