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1、上海交通大学 硕士学位论文 上海化工区36万吨烧碱及二氯乙烷项目电气系统分析 姓名：吴江 申请学位级别：硕士 专业：电气工程 指导教师：顾洁;杨燕佩 20080124 I 上海化工区 36 万吨烧碱及二氯乙烷项目 电气系统分析 摘 要 由于当前大量电力电子设备的使用，使得电力网络的谐波情况变得 越来越严重，针对谐波的研究在近十年来成为热点问题，并取得了较大 的成就。现有的文献资料大都是关于大型电力系统的，而本文的研究对 象是作者参与的一个大型企业电化学项目的电气系统中的谐波及谐振情 况，并针对该系统的特点选用合适的研究方法。 经过大量分析比较，本文最终采用了一种适合工厂企业电气系统谐 波的分析
2、方法谐波阻抗法。本文不仅对谐波阻抗法的原理进行了介 绍，还运用该方法对上海化学工业区 36 万吨烧碱及 EDC（二氯乙烷）项 目（一期）电气系统的谐波及谐振情况进行了分析。根据系统实际运行 的情况，结合在调试和试运行过程中得到的测量数据，对该系统在不同 运行状况下，如：断开系统中的一条高压馈电线、断开系统中的一台馈 电变压器、增加电动机负荷或改变无源负荷等情况下的谐波阻抗进行了 计算分析， 并运用 MATLAB 软件对系统等效阻抗模值进行扫描仿真也就是 频率扫描，得到了频率扫描图。由仿真图可直观地确定出系统在不同运 行方式下是否发生了谐振。 II 通过分析，证明该电气系统是安全可靠的；同时，作
3、为一个含有大 功率谐波源的电气系统，在设计建造时我们不仅要对系统谐波的情况以 及相关的抑制措施进行考虑，同时还应考虑到滤波器组或补偿电容器组 与系统阻抗是否会发生谐振，这样才能对电气系统的安全可靠性进行全 面而客观的评估。 关键词：谐波,谐波阻抗法,等效谐波阻抗,MATLAB，谐振 III ANALYSIS OF 360 KILO-TONS CAUSTIC SODA AND EDC PROJECT OF SHANGHAI CHEMICAL INDUSTRY PARK ABSTRACT Along with the rapid popularization of power electronic
4、 units, harmonic pollution to power network is getting more and more serious and the quality of electric energy is declining. In the recent 20 years, harmonic control and analysis has already been a hotspot in electrotechnics. Lots of excellent research productions about harmonic came forth. The pap
5、er set out from practice, we measured the harmonic in the power network of 360 kilo-tons Caustic Soda and EDC Plant, according to the results, and then used harmonic impedance method to analyze the power system, to find whether or not the resonance will happen. Because many reasons could make the ha
6、rmonic of the power system change such as switching off one feed line or switching off power transformer or switching on or off one high voltage motor etc. In order to get the harmonic impedance data, we calculated the harmonic impedance in different conditions and also used MATLAB software tool to
7、scan the result to find the point of resonance, IV which indicated that harmonic impedance method can be rightly applied in harmonic analysis engineering as well as which could improve the system . The safety and reliability of this system are proved via analysis; meanwhile, we can conclude when we
8、design an electrical system with high power harmonics, not only the harmonics and relevant restraint, the resonance between compensators or filters and system impedance shall be taken into account; then the evaluation for the system is objective and unabridged. KEY WORDS: harmonic, harmonic impedanc
9、e method, equivalent harmonic impedance, MALAB, resonance 上海交通大学上海交通大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：吴 江 日期：2008 年 1 月 24 日 上海交通大学上海交通大学 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书
10、 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存和汇编本学位论文。 保密保密，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密 不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名：吴 江 指导教师签名：顾 洁 日期： 2008 年 1 月 24 日 日期： 2008 年 1 月 24 日 工程硕士论文 1 第 1 章 绪论 1.1 引言 随着电力电子技术的高速发展，相关的电力电子
11、产品已经大规模地应用在工业 生产和生活的各个领域，如高压直流输变电、金属冶炼行业、电化学行业、电镀行 业、电力机车、城市轨道交通以及大量的调速设备。随之而来的是整个电力系统中 的谐波状况也在面临着巨大的威胁，根据多年来对电气系统谐波状况的研究，现在 电气系统中除了自身非线性元件，如：交直流换流站的可控元件，可控硅控制的电 容器，电容器产生的谐波电流外，电力系统中最主要的谐波来源主要来自于用户端， 如电解用的整流设备，电弧炉，轧钢机，电气机车等电气拖动设备，以及数量庞大 的民用照明设备。 本文所论述的是包含了大功率整流装置的电化学电气系统，由于电化学行业要 求生产负荷连续平稳，因此对电气系统的安
12、全平稳供电要求很高，但由于大功率整 流装置的使用使得自身电气系统中的谐波情况变得复杂，同时也对所在电网的电能 质量构成了较大威胁。特别是在一些大型电气设备，如变压器、补偿电容器组等的 投切都会使自身电气系统中的谐波及谐振情况发生改变，因此有必要对不同运行条 件下的谐振情况进行分析，优化生产运行方案，以减少对本电气系统和电网的影响。 1.2课题研究的目的和意义 谐波问题并不是一个新的研究课题，早在 20 世纪 20 年代和 30 年代就引起 了人们的关注，当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压电流波形的畸 变。1945 年 J.C.Read 发表的有关变流器谐波的论文是早期关于谐波研究的
13、经典论 文。到 50-60 年代由于高压直流输电技术的发展，对换流器谐波问题的研究有大量 文献发表。近几年来，由于电力电子技术的发展及其在冶金和电化学工业，轨道交 通部门以及用电设备上的广泛应用，电弧炉在炼钢中的应用等等，使得谐波对电力 设备、通信线路以及电力用户的危害已经十分严重。世界各国都十分重视对谐波问 题的分析和研究，并定期召开有关谐波问题的学术研讨会。国际电工委员会(IEC)和 工程硕士论文 2 国际大电网会议(CIGRE)也相继成立了专门的工作组，制定了包括供电系统、各项电 力和用电设备以及家用电器在内的谐波标准，并将谐波干扰问题列入电磁兼容范围 之内。 我国对谐波问题的研究起步较
14、晚，吴竞昌等人 1998 年出版的供电系统谐波 以及林海雪等人 1998 年出版的电能质量技术丛书都是我国有关电力谐波问题 较有影响的著作。上海交通大学的程浩忠教授 1998 年出版的电力系统谐波技术 是近年出版的代表性著作。随着谐波问题日益严重，国内的许多高校和研究单位都 开展了谐波的研究治理工作，每年都有大量关于谐波研究和治理方面的论文发表， 这些著作和论文涵盖了以下几个方面的内容： (1) 与谐波有关的测量问题; (2) 谐波标准的制定和研究； (3) 高压直流输电系统中的谐波问题； (4) 谐波补偿和抑制技术的研究，特别是有源电力滤波器的系统结构和算法设 计； (5) 电力牵引负荷的建
15、模问题，以及牵引变压器的设计； (6) 电力系统的谐波潮流计算； (7) 电力系统中谐波影响和危害的研究。 在我国有些电力系统和供电系统中，由于谐波造成的危害，已导致事故的多次 发生，如无功补偿电容器组的谐波电流放大造成电容器损坏、继电保护误动、电机 过热导致大批损坏等。而且谐波和负序电流产生的综合危害曾引起过大容量电机的 跳闸，谐波干扰也曾造成 220kV 线路保护误动从而引发大面积停电。因此，对谐波 污染造成的危害影响加以监测和限制是极为迫切的。此外，由于谐振引起谐波放大 而导致的熔断器爆炸、电抗器过热烧毁、电容器鼓肚、PT 绝缘击穿、变压器出力和 寿命降低等问题在工业电力系统中也经常发生
16、。 谐波的研究主要用来检查非线性设备的影响和分析特定的谐波情况，其目的在 于检测谐振点，计算谐波电流和电压及其畸变水平。但在实际含有谐波源的工业电 气系统工程当中，一般只对注入电网的谐波情况比较关注，很少会对整个电气系统 的谐振情况进行具体分析，特别是对当系统的运行状况发生变化而引起的系统谐波 阻抗变化导致的谐振变化进行分析，以至于在电气系统运行过程当中，由于发生并 联谐振，造成某次谐波放大而引起电气系统故障进而给企业生产经营造成损失。因 此本文的研究目的就是除了对实际谐波的情况进行测量分析外，还运用谐波阻抗法， 工程硕士论文 3 通过计算系统中不同运行方式下，不同元件的谐波阻抗，以整流装置所在的 35kV 母 线为谐波电源，220kV 侧及 10kV 侧为负载，将计算得到的串联元件的等效谐波阻抗 相加，或将并联元件的等效谐波导纳形成导纳矩阵。最后借助 MATLAB 软件强大的 矩阵计算绘图功能，可以得到阻抗(频率)扫描图，该扫描图描述了系统等效谐波阻抗 与谐波次数或频率的关
