电力系统谐波

目录

译者序

原书序

原书前言

作者简介

第1章 电力系统谐波1

1.1非线性负载1

1.2非线性负载的增加2

1.3谐波的影响3

1.4畸变的波形3

1.4.1谐波和电能质量4

1.5谐波和序列分量5

1.5.1电力系统部件的序列阻抗6

1.6谐波指数6

1.6.1谐波因数6

1.6.2常用谐波指数方程6

1.6.3电话影响因数7

1.7功率因数、畸变因数和总功率因数8

1.8功率理论9

1.8.1单相正弦电路9

1.8.2单相非正弦电路9

1.8.3三相系统11

1.8.4非正弦和不平衡三相系统13

1.8.5瞬时功率理论17

1.9谐波的放大和衰减18

参考文献19

第2章 傅里叶分析21

2.1周期函数21

2.2正交函数22

2.3傅里叶级数和系数22

2.4奇对称24

2.5偶对称24

2.6半波对称25

2.7谐波谱28

2.8傅里叶级数的复数形式29

2.9傅里叶变换30

2.9.1一些常用函数的傅里叶变换32

2.10狄利克雷条件36

2.11函数的功率谱38

2.12卷积39

2.12.1时域卷积39

2.12.2频域卷积39

2.12.3卷积导数定理40

2.12.4帕塞瓦尔定理41

2.13采样波形：离散傅里叶变换41

2.13.1泄漏44

2.13.2栅栏效应45

2.14快速傅里叶变换46

2.14.1信号流图49

参考文献50

第3章 谐波产生151

3.1变压器中的谐波52

3.1.1双绕组变压器线性模型52

3.1.2B-H曲线和励磁电流峰值54

3.1.3变压器结构和绕组联结的影响54

3.1.4心式变压器谐波控制55

3.2变压器的运行57

3.2.1变压器的直流铁心饱和57

3.2.2和应浪涌电流58

3.3三相变压器的三角形绕组60

3.3.1三相变压器的相移60

3.3.2负序分量的相移61

3.3.3饱和引起的畸变64

3.3.4地磁感应电流65

3.4旋转电机绕组中的谐波66

3.4.1绕组电动势67

3.4.2分布因子68

3.4.3电枢反应68

3.5感应电动机的齿槽和爬行69

3.5.1谐波感应转矩70

3.5.2谐波同步转矩70

3.5.3电机中的齿纹波72

3.6同步发电机73

3.6.1电压波形73

3.6.2 3次谐波电压和电流74

3.7电流互感器的饱和75

3.8铁磁谐振76

3.8.1串联铁磁谐振77

3.8.2并联铁磁谐振79

3.9电力电容器80

3.10输电线路81

参考文献81

第4章 谐波产生282

4.1静态功率变换器82

4.2单相桥式电路82

4.2.1相位调控83

4.3换流器的无功功率要求86

4.4三相桥式电路88

4.4.1用相位乘法消除谐波91

4.4.2源阻抗的影响91

4.5输出（直流）侧的谐波94

4.6逆变器工作96

4.7二极管桥式变换器99

4.7.1三相半控桥式变换器99

4.8开关电源101

4.9家用电器102

4.10电弧炉103

4.10.1感应加热104

4.11周波变换器105

4.12晶闸管控制电抗器108

4.13脉冲宽度调制110

4.13.1单脉冲宽度调制112

4.13.2多脉冲宽度调制112

4.13.3正弦脉冲宽度调制113

4.14电压源换流器114

4.14.1 三电平换流器115

4.15风力发电116

4.15.1直接耦合感应发电机117

4.15.2通过全功率换流器连接到电网的感应发电机118

4.15.3双馈感应发电机118

4.15.4风电场中的谐波118

4.16荧光灯122

4.17可调速驱动器123

4.17.1电压反馈逆变器124

4.17.2电流源逆变器124

4.17.3负载换相逆变器124

4.17.4周波变换器124

4.18脉冲突发调制126

4.19斩波电路和电牵引127

4.20转差频率恢复系统128

4.21功率半导体器件130

参考文献131

第5章 间谐波和闪变133

5.1间谐波133

5.1.1次同步间谐波（次谐波）133

5.2间谐波的来源133

5.2.1不完善的系统条件133

5.2.2可调速驱动器的间谐波135

5.2.3高压直流输电系统136

5.2.4周波变换器138

5.3电弧炉139

5.3.1感应炉141

5.4间谐波的影响142

5.5减少间谐波144

5.6闪变144

5.6.1可见光的限制144

5.6.2规划和兼容等级145

5.6.3电弧负载引起的闪变146

5.7闪变测试148

5.8闪变的控制149

5.8.1使用STATCOM控制闪变150

5.9闪变和间谐波的追踪方法151

5.9.1有功功率指数法151

5.9.2阻抗分析法152

5.9.3无功负载电流分量法152

5.10扭转分析154

5.10.1稳态激振154

5.10.2机械系统的激振155

5.10.3分析157

5.11次同步谐振158

5.11.1输电线路的串联补偿158

5.11.2高压直流输电系统次同步谐振159

5.11.3次同步谐振驱动系统161

参考文献164

第6章 源端谐波抑制167

6.1相位倍增167

6.2变量拓扑结构169

6.3商业负载的谐波消除170

6.4 PWM 可调速驱动器的输入电抗器 173

6.5有源滤波器173

6.5.1并联连接174

6.5.2串联连接174

6.5.3有源滤波器的组合178

6.5.4有源滤波器配置178

6.5.5有源滤波器控制178

6.5.6瞬时无功功率补偿179

6.5.7频域中的校正182

6.6有功电流波整形182

6.7有源和无源滤波器的混合连接184

6.8阻抗源逆变器186

6.9矩阵变流器190

6.10多电平逆变器192

6.10.1飞跨电容（电容钳位）逆变器194

6.10.2采用H桥变流器的多电平逆变器194

6.10.3 THMI逆变器195

6.11谐波控制的开关算法197

6.12多项式合成理论198

6.12.1特定应用199

参考文献202

第7章 谐波的估计和测量204

7.1无纹波波形205

7.1.1谐波估计的几何结构206

7.1.2使用IEEE 519公式估计谐波估计207

7.2含纹波的波形212

7.2.1用图解法估计含有纹波的谐波213

7.2.2分析计算218

7.2.3直流电抗器的作用219

7.3谐波的相角221

7.4谐波的测量227

7.4.1监测持续时间227

7.4.2 IEC标准61004-7 227

7.4.3间谐波的测量228

7.5测量设备229

7.5.1测量仪器的规格229

7.5.2测量结果的呈现229

7.6谐波测量传感器231

7.7表征测量数据232

7.8概率理论233

7.8.1直方图与概率密度函数236

7.8.2概率分布函数237

7.8.3回归方法：*小二乘估计237

7.9随机相角谐波矢量求和239

7.10中心极限定理241

7.11卡尔曼滤波241

参考文献243

第8章 谐波的影响245

8.1旋转电机245

8.1.1感应电动机245

8.1.2转矩降额246

8.1.3脉动磁场和动态应力247

8.2负序电流对同步发电机的影响248

8.3绝缘应力249

8.3.1共模电压250

8.3.2轴承电流和轴电压251

8.3.3电缆类型和长度的影响251

8.4变压器255

8.4.1变压器损耗255

8.4.2提供非线性负载的变压器的降额256

8.4.3绕组涡流的谐波损耗因数258

8.4.4其他杂散损耗的谐波损耗因数259

8.4.5干式变压器的计算259

8.4.6液浸变压器的计算261

8.4.7变压器的UL K因数263

8.4.8变压器浪涌电流264

8.5电缆265

8.6电容器266

8.7电压凹陷267

8.8电磁干扰267

8.8.1 FCC规范271

8.9中性点过载271

8.10保护继电器和保护仪表272

8.10.1现代多功能微处理器继电器274

8.10.2计量和仪表274

8.11断路器和熔丝274

8.12电话干扰系数275

8.12.1噪声计加权276

参考文献278

第9章 谐波谐振280

9.1双端口网络280

9.1.1高通和低通电路281

9.1.2半功率频率282

9.2串并联RLC电路谐振283

9.2.1串联RLC电路283

9.2.2并联RLC电路286

9.3实际LC谐振槽路290

9.4电抗曲线292

9.5福斯特网络294

9.6谐波谐振295

9.7配电系统中的谐波谐振298

9.8谐振问题的不确定性301

9.9单调谐滤波器引起的谐振302

9.10改善功率因数的开关电容器303

9.10.1附近的谐波负载304

9.11二次谐振304

9.12配电馈线中的多重谐振307

9.13变压器绕组的部分绕组谐振309

9.14复合谐振311

9.15输电线路谐振313

9.16零序谐振313

9.17谐波谐振影响因素313

参考文献314

第10章 标准中的谐波畸变限值315

10.1谐波限值标准 315

10.1.1 IEC标准316

10.1.2 IEEE519 316

10.2 IEEE519中的谐波电流和电压限值316

10.3公共连接点（PCC）318

10.4应用IEEE519谐波畸变限值 319

10.5谐波时变特性320

10.6 IEC谐波电流发射限值 323

10.7电压质量325

10.7.1 IEEE519电压畸变限值325

10.7.2 IEC电压畸变限值325

10.7.3间谐波的限值326

10.8换相槽口328

10.9实际电力系统应用限制 331

参考文献332