电力系统谐波 基本原理、分析方法和滤波器设计 附习题解答PDF电子书下载

第1章　引言 1

第2章　谐波的基本原理 4

2.1 引言 4

2.2　谐波波形举例 4

2.3　谐波表示法 6

2.4　电力系统谐波的特性 8

2.4.1　对称性 8

2.4.2　相序性 12

2.4.3　独立性 13

2.5　谐波畸变的度量方法 13

2.5.1　电压和电流有效值 14

2.5.2　电压和电流的畸变因数 14

2.5.3　有功功率和无功功率 16

2.5.4　视在功率 17

2.5.5　畸变功率 17

2.5.6　功率因数 17

2.5.7　电流和电压的峰值因数 17

2.5.8　电话干扰和I·T乘积 18

2.6　无源元件中的功率 19

2.6.1　纯电阻中的功率 19

2.6.2　纯电感中的功率 20

2.6.3　纯电容中的功率 21

2.7　畸变的计算 21

2.8　谐振 22

2.8.1　串联谐振 23

2.8.2　并联谐振 24

2.9　电容器组和无功功率供给 25

2.10　电容器组和功率因数校正 29

2.11　母线电压升高和谐振 30

2.12　变压器中的谐波 33

2.12.1　一次侧三角形联结 34

2.12.2　一次侧星形联结 34

2.13　小结 34

习题 35

第3章　电力系统中的谐波——它们的起因 37

3.1　引言 37

3.2　谐波源 37

3.3　变压器 37

3.4　旋转电机 38

3.5　荧光灯 38

3.6　静止无功补偿器 38

3.7　变频器 39

3.8　单相可控整流器 39

3.8.1　交流线路电抗的影响 40

3.8.2　零直流电抗情况（Ld=0） 41

3.8.3　零直流电抗（Ld=0）——特殊情况α＝0 45

3.8.4　连续电流情况（大Ld） 46

3.8.5　间断电流情况（小Ld） 53

3.9　三相电力变流器 55

3.9.1　直流／交流逆变器 55

3.9.2　电池变流器 55

3.9.3　6脉波变流器 56

3.9.4　12脉波变流器 58

3.9.5　p脉波变流器 60

3.9.6　典型谐波的频谱 61

3.9.6.1　6脉波变流器 61

3.9.6.2　12脉波变流器 62

3.9.6.3　24脉波变流器 62

3.10　小结 65

习题 65

第4章　谐波畸变对电力系统的影响 67

4.1 引言 67

4.2　谐波环境中的热损耗 67

4.2.1　铜耗 67

4.2.2　铁耗 67

4.2.3　介质（绝缘）损耗 69

4.3　谐波对电力系统设备的影响 70

4.4　电容器组 70

4.4.1　谐波放大 70

4.5　变压器 75

4.6　旋转电机 76

4.6.1　感应电动势 76

4.6.2　短距（分数极距）绕组 78

4.6.3　分布绕组 78

4.6.4　绕组因数 79

4.6.5　感应电动势和电压总谐波畸变率 79

4.7　保护、通信和电子设备 85

4.8　小结 85

习题 85

第5章　电力系统谐波的抑制方法 87

5.1 引言 87

5.2　谐波滤波器 87

5.2.1　串联调谐滤波器 87

5.2.2　双带通滤波器 88

5.2.3　阻尼滤波器 88

5.2.4　解谐（反谐振）滤波器 88

5.2.5　有源滤波器 88

5.3　电力变流器 89

5.4　变压器 89

5.5　旋转电机 91

5.6　电容器组 92

5.7　谐波滤波器的设计方法 95

5.7.1　串联调谐滤波器 96

5.7.2　2阶阻尼滤波器 101

5.7.3　滤波器组的阻抗图 103

5.7.3.1　三支路33kV滤波器的阻抗图 103

5.7.3.2　四支路20kV滤波器的阻抗图 105

5.7.3.3　五支路690V滤波器的阻抗图 107

5.8　有源滤波器 109

5.9　小结 113

习题 114

第6章　谐波畸变的限制值 116

6.1 引言 116

6.2　电压谐波畸变的限制值 116

6.2.1　IEEE的限制值 116

6.2.2　IEC的限制值 116

6.2.3　EN的限制值 118

6.2.4　NORSOK的限制值 119

6.3　电流谐波畸变的限制值 119

6.3.1　IEC的限制值 119

6.3.2　IEEE的限制值 121

6.3.3　NORSOK的限制值 121

第7章　谐波分析计算——系统元件的模拟 123

7.1　引言 123

7.2　谐波存在情况下的阻抗 124

7.3　集肤效应 124

7.4　高压电网的模拟 124

7.5　发电机的模拟 127

7.6　并联电容器组的模拟 128

7.7　并联电容器组模型——单相等效 130

7.8　串联电容器组的模拟 130

7.9　负荷模型 130

7.9.1　串联负荷模型 131

7.9.2　并联负荷模型 131

7.9.3　负荷模型——单相等效 131

7.9.4　三角形联结负荷 132

7.9.5　星形联结负荷 133

7.9.6　通用负荷模型 134

7.10　感应电动机的模拟 136

7.11　感应电动机模型——单相等效 139

7.12　小结 141

习题 141

第8章　变压器的模拟 143

8.1　引言 143

8.2　双绕组变压器的模拟 143

8.2.1　3倍数次谐波 144

8.2.2　零序模型 144

8.2.3　星形联结绕组 144

8.2.4　三角形联结绕组 144

8.2.5　关于△-Y与Y-△联结变压器的美国国家标准（ANSI） 145

8.2.6　双绕组变压器模型——单相等效 146

8.2.7　相导纳矩阵和序导纳矩阵 147

8.2.7.1　变换和匝数比 148

8.2.7.2　Yg-△联结变压器 150

8.2.7.3　Y-△联结变压器 154

8.2.7.4　△-Yg联结变压器 156

8.2.7.5　△-Y联结变压器 157

8.2.7.6　△-△联结变压器 159

8.2.7.7　Yg-Yg联结变压器 161

8.2.7.8　Yg-Y联结变压器 162

8.2.7.9　Y-Yg联结变压器 163

8.2.7.10　Y-Y联结变压器 164

8.2.7.11　小结 165

8.2.8　电压和电流在双绕组变压器中的传输 168

8.2.8.1　Y-△和△-Y联结变压器 169

8.2.8.2　Y-Y、△-△、Z-Z、△-Z和Z-△联结变压器 175

8.2.8.3　传输矩阵T和Te 177

8.2.9　传输矩阵和相导纳矩阵 178

8.3　三绕组变压器的模拟 179

8.4　四绕组变压器的模拟 182

8.5　小结 184

习题 185

第9章　输电线路和电缆的模拟 188

9.1　引言 188

9.2　集肤效应 188

9.3　电力线路的模拟 188

9.4　线路的串联阻抗 189

9.5　导体间的耦合 193

9.6　耦合线路 194

9.7　线路的并联电容 195

9.8　波阻抗和传播速度 197

9.9　线路的串联阻抗和并联电容——单相等效 198

9.10　传输矩阵（ABCD） 198

9.11　导纳矩阵 199

9.12　传输矩阵与导纳矩阵间的相互转换 200

9.13　标称π模型——单相等效 205

9.14　等效π模型——沿线电压和电流 206

9.15　无损耗线 214

9.16　等效π模型——单相等效 215

9.17　网络短路容量的变化 223

9.18　实例——标称和等效π模型 223

9.18.1　一条300kV、300km的输电线路 223

9.18.2　一条6.6kV、30km的电缆 225

9.19　小结 229

习题 231

第10章　电力系统谐波分析计算——一种简单方法 236

10.1　引言 236

10.2　使用计算机程序进行谐波分析 236

10.3　使用电子表格进行谐波分析 236

10.3.1　数据输入 237

10.3.2　网络分析 237

10.3.3　谐波滤波器设计 241

10.4　谐波畸变限制值 243

10.5　谐波滤波器的额定值 243

10.6　实际应用中应考虑的因素 248

10.7　一个谐波分析实例 249

10.8　对一个300/22kV工业电力系统的谐波分析 253

10.8.1　谐波分析 257

10.8.1.1　系统阻抗 257

10.8.1.2　阻抗扫描 259

10.8.1.3　谐波注入 259

10.8.2　短路容量变化的影响 261

10.8.3　变压器停运的影响 263

10.8.4　增加变压器阻抗的影响 265

10.8.5　增加电动机负荷的影响 266

10.8.6　增加无源负荷的影响 268

10.8.7　谐波滤波器的额定值 268

10.9　对一个300/33kV工业电力系统的谐波分析 271

10.9.1　系统描述 271

10.9.2　谐波分析 273

10.9.2.1　系统阻抗 273

10.9.2.2　阻抗扫描 277

10.9.2.3　谐波注入 278

10.9.3　输出结果 278

10.9.4　谐波滤波器的额定值 279

10.9.5　高压网络短路容量变化的影响 281

10.9.6　变压器停运的影响 286

10.9.7　减小变压器阻抗的影响 286

10.9.8　增加电动机负荷的影响 287

10.9.9　增加无源负荷的影响 290

10.10　一个132/22kV工业电力系统的谐波分析 293

10.10.1　谐波分析 297

10.10.1.1　系统阻抗 297

10.10.1.2　阻抗扫描 299

10.10.1.3　谐波注入 299

10.10.2　短路容量变化的影响 301

10.10.3　变压器停运的影响 303

10.10.4　增加变压器阻抗的影响 304

10.10.5　增加电动机负荷的影响 307

10.10.6　增加无源负荷的影响 307

10.11　一个400/33kV工业电力系统的谐波分析 309

10.11.1　谐波分析 310

10.11.1.1　系统阻抗 310

10.11.1.2　阻抗扫描 313

10.11.1.3　谐波注入 313

10.11.1.4　输出结果 314

10.12　低压系统谐波分析 315

10.12.1　谐波分析 317

10.12.1.1　系统阻抗 317

10.12.1.2　阻抗扫描 319

10.12.1.3　谐波注入 319

10.12.1.4　输出结果 320

10.13　小结 322

习题 322

参考文献 324

附录 328

附录A　变换及对称分量复习 328

A.1　变换矩阵A 328

A.2　对称分量 329

附录B　三相变压器的相导纳和序导纳矩阵 332

B.1　Yg-△联结变压器 333

B.1.1　Ygd1联结变压器 333

B.1.2　Ygd3联结变压器 336

B.1.3　Ygd5联结变压器 337

B.1.4　Ygd7联结变压器 339

B.1.5　Ygd9联结变压器 341

B.1.6　Ygd11联结变压器 342

B.2　Y-△联结变压器 344

B.2.1　Yd1联结变压器 344

B.2.2　Yd3联结变压器 345

B.2.3　Yd5联结变压器 347

B.2.4　Yd7联结变压器 349

B.2.5　Yd9联结变压器 351

B.2.6　Yd11联结变压器 353

B.3　△-Yg联结变压器 354

B.4　△-Y联结变压器 357

B.5　Yg-Yg联结变压器 358

B.5.1　Ygyg0联结变压器 359

B.5.2　Ygyg2联结变压器 360

B.5.3　Ygyg4联结变压器 362

B.5.4　Ygyg6联结变压器 363

B.5.5　Ygyg8联结变压器 364

B.5.6　Ygyg10联结变压器 366

B.6　Yg-Y联结变压器 367

B.6.1　Ygy0联结变压器 367

B.6.2　Ygy2联结变压器 368

B.6.3　Ygy4联结变压器 369

B.6.4　Ygy6联结变压器 370

B.6.5　Ygy8联结变压器 371

B.6.6　Ygy10联结变压器 373

B.7　Y-Yg联结变压器 374

B.8　Y-Y联结变压器 375

B.8.1　Yy0联结变压器 375

B.8.2　Yy2联结变压器 376

B.8.3　Yy4联结变压器 377

B.8.4　Yy6联结变压器 378

B.8.5　Yy8联结变压器 379

B.8.6　Yy10联结变压器 381

B.9　△-△联结变压器 382

B.9.1　Dd0联结变压器 382

B.9.2　Dd2联结变压器 383

B.9.3　Dd4联结变压器 385

B.9.4　Dd6联结变压器 386

B.9.5　Dd8联结变压器 388

B.9.6　Dd10联结变压器 389

B.10　小结 390

附录C　三相变压器的传输矩阵 394

C.1　△-Y和Y-△联结变压器 394

C.1.1　Y-△联结变压器 395

C.1.1.1　Yd1联结变压器 395

C.1.1.2　Yd3联结变压器 395

C.1.1.3　Yd5联结变压器 396

C.1.1.4　Yd7联结变压器 397

C.1.1.5　Yd9联结变压器 398

C.1.1.6　Yd11联结变压器 399

C.1.2　△-Y联结变压器 400

C.1.2.1　Dy1联结变压器 400

C.1.2.2　Dy3联结变压器 401

C.1.2.3　Dy5联结变压器 402

C.1.2.4　Dy7联结变压器 403

C.1.2.5　Dy9联结变压器 403

C.1.2.6　Dy11联结变压器 404

C.1.3　小结 405

C.2　Y-Y、△-△、Z-Z、△-Z和z-△联结变压器 407

C.2.1　Yy0和Dd0联结变压器 408

C.2.2　Yy2和Dd2联结变压器 408

C.2.3　Yy4和Dd4联结变压器 409

C.2.4　Yy6和Dd6、Dz6联结变压器 410

C.2.5　Yy8和Dd8、Dz8联结变压器 410

C.2.6　Yy10和Dd10联结变压器 411

C.2.7　小结 412

C.3　传输矩阵T和Te 413

习题解答 415

第2章　习题解答 415

第3章　习题解答 420

第4章　习题解答 433

第5章　习题解答 439

第7章　习题解答 444

第8章　习题解答 451

第9章　习题解答 458

第10章　习题解答 467