配电网谐波能量提取回收方法及实验研究

摘要

由于我国经济的发展需要，电力系统建设将不断进行，电网规模的将持续扩大，电力系统中的非线性负荷也将随之逐渐增多，其产生的“谐波污染”也越发严重。谐波不仅会缩短电气设备的寿命,引起各种故障，还会加大电网的损耗,拉低系统的功率因数以及输配电和用电效率,扩大经济损失，对电网的电能计量与经济核算也造成一定影响，常规的谐波治理方式虽然解决了线路中谐波含量过高的问题，但造成了能量的浪费。因此,探究谐波能量的提取回收方法对于电力系统的节能降损有重大意义。本文针对配电网谐波造成能量损耗而常规治理方法存在能量浪费的问题，提出了通过谐波能量提取线圈感应谐波低阻抗通路中的电流从而进行谐波能量提取回收的方法。给出了谐波损耗的分析与计算方法，为了降低线路谐波损耗并提取回收部分谐波能量，构建了谐波能量提取方法与系统架构，围绕此系统架构，分析并设计了低阻抗通路以及谐波能量提取互感线圈，在此基础上进行实验研究。本文主要研究工作如下：
　　①对当前配电网谐波损耗来源进行分析，给出了谐波损耗的分析方法。考虑集肤效应、临近效应与涡流效应建立谐波损耗分析模型，通过分析与计算得到了线路谐波附加线损率与谐波损耗以及变压器中谐波损耗及其占其总损耗的比例。
　　②针对常规谐波治理方法导致能量浪费的问题，构建了谐波能量提取方法与系统架构。其实现前提条件是谐波分流，因此，根据特定的含谐波负载的模型进行单调谐的谐波低阻抗通路设计，为进一步提高单调谐电路分流谐波的效果，提出了改进方法，实现了提高线路电能质量、减小谐波损耗以及谐波电流分流的目的。
　　③在构建低阻抗谐波通路的基础上进一步提出了谐波电能提取回收利用方案，即通过谐波能量提取互感线圈感应一次侧谐波低阻抗通路中的电流并输出，最终达到谐波能量的提取回收目的。分析了互感线圈的工作特性、磁芯材料、线圈匝数等参数的影响以及参数设计的确定方法。结合所确定的适用于谐波能量提取线圈的参数，借助Saber软件仿真得到更接近实际结果的特性，验证了所确定的谐波能量提取线圈在一次侧达到一定电流后能够输出功率。
　　④在实验室进行低阻抗通路实验以及电能提取实验。结果表明单调谐电路特别是在线路中串联电抗器能够有效实现谐波分流并降低线路中的谐波含量。而通过互感线圈的空载和带负载运行模拟实验验证互感线圈能够传输能量，通过互感线圈感应一次侧谐波通路电流能实现谐波能量的提取。

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目录

1绪论

1.1课题研究背景

1.2 课题研究意义

1.3 国内外研究水平综述

1.4本文所做的工作

2谐波能量损耗分析

2.1 线路谐波损耗分析方法

2.2配电变压器谐波损耗分析方法

2.3 配电变压器的谐波损耗计算

2.4谐波损耗分析

2.5 本章小结

3谐波能量提取回收系统的方案设计

3.1能量提取方案分析

3.2 谐波能量提取回收系统构成

3.3 谐波能量提取回收系统的设计要求

3.4 本章小结

4谐波低阻抗通路设计

4.1 谐波低阻抗通路基本原理及参数设计

4.2低阻抗通路谐波分流效果的增强措施

4.3 综合对比分析

4.4 本章小结

5谐波能量提取线圈的设计与分析

5.1 谐波能量提取线圈的理论分析

5.2 谐波提取线圈设计分析

5.3 谐波提取线圈仿真分析

5.4 本章小结

6实验与分析

6.1 实验平台

6.2 低阻抗通路设计实验

6.3谐波能量提取实验

6.4本章小结

7总结与展望

7.1总结

7.2展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者研究生期间发表的论文：

B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录：