電力系統諧波：基本原理分析方法和濾波器設計

譯者的話
原序
第一章 引言
第二章 諧波的基本原理
2.1 引言
2.2 諧波波形舉例
2.3 諧波表示法
2.4 電力系統諧波的特性
2.4.1 對稱性
2.4.2 相序性
2.4.3 獨立性
2.5 諧波畸變的度量方法
2.5.1 電壓和電流有效值
2.5.2 電壓和電流的畸變因數
2.5.3 有功工率和無功功率
2.5.4 視在功率
2.5.5 畸變功率
2.5.7 電流和電壓的峰值因數
2.5.8 電話干擾
2.6 無源文件中的功率
2.6.1 純電阻中的功率
2.6.2 純電感中的功率
2.6.3 純電容中的功率
2.7 畸變的計算
2.8 諧振
2.8.1 串聯諧振
2.8.2 並聯諧振
2.9 電容器組和無功功率供給
2.10 電容器組和功率因數校正
2.11 母線電壓升高和諧振
2.12 變壓器中的諧波
2.12.1 一次側三角形聯結
2.12.2 一次側星形聯結
2.13 小結
習題
第三章 電力系統中的諧波它們的起因
3.1 引言
3.2 諧波源
3.3 變壓器
3.4 旋轉電機
3.5 熒光燈
3.6 靜止無功補償器
3.7 變頻器
3.8 單相可控整流器
3.8.1 交流線路電抗的影響
3.8.2 零直流電抗情況
3.8.3 零直流電抗特殊性情況
3.8.4 連續電流情況
3.8.5 間斷電流情況
3.9 三相電力變流器
3.9.1 直流/交流逆變器
3.9.2 電池變流器
3.9.3 脈波變流器
3.9.4 12脈波電流器
3.9.5 脈波電流器
3.9.6.1 脈波電流器
3.9.6.2 12脈波電流器
3.9.6.3 24脈波變流器
3.10 小結
習題
第四章 諧波畸變對電力系統的影響
4.1 引言
4.2 諧波環境中的熱損耗
4.2.1 銅耗
4.2.2 鐵耗
4.2.3 介質損耗
4.3 諧波對電力系統設備的影響
4.4 電容器組
4.4.1 諧波放大
4.5 變壓器
4.6 旋轉電機
4.6.1 感應電動勢
4.6.2 短矩繞組
4.6.3分布繞組
4.6.4 繞組因數
4.6.5 感應電動勢和電壓諧波畸變率
4.7 保護通信和電子設備
4.8 小結
習題
第五章 電力系統諧波的抑制方法
5.1 引言
5.2 諧波濾波器
5.2.1 串聯調諧濾波器
5.2.2 雙帶通濾波器
5.2.3 阻尼濾波器
5.2.4 解諧濾波器
5.2.5 有源濾波器
5.3 電力變流器
5.4 變壓器
5.5 旋轉電機
5.6 電容器組
5.7 諧波濾波器的設計方法
5.7.1 串聯調諧波濾器
5.7.2 2階阻尼濾波器
5.7.3 濾波器組的阻抗圖
5.8 有波濾波器
5.9 小結
習題
第六章 諧波畸變的限制值
6.1 引言
6.2 電壓諧波畸變的限制值
6.2.1 IEEE的限制值
6.2.2 IEC的限制值
6.2.3 EN的限制值
6.2.4 NORSOK的限制值
6.3 電流諧波畸變的限制值
6.3.1 IEC的限制值
6.3.2 IEEE的限制值
6.3.3 NORSOK的限制值
第七章 諧波分析計算系統元件的模擬
7.1 引言
7.2 諧波存在情況下的阻抗
7.3 集膚效應
7.4 高壓電網的模擬
7.5 發電機的模擬
7.6 並聯電容器的模擬
7.7 並聯電容組模型-單相等效
7.8 串聯電容器的模擬
7.9 負荷模擬
7.9.1 串聯負荷模擬
7.9.2 並聯負荷模擬
7.9.3 負荷模型單相等效
7.9.4 三角形聯結負荷
7.9.5 星形聯結負荷
7.9.6 通用負荷模型
7.10 感應電動機模型
7.11 感應電動機模單相等效
7.12 小結
習題
第八章 變壓器的模擬
8.1 引言
8.2 雙繞組變壓器的模擬
8.2.1 3倍數次諧波
8.2.2 零序諧波
8.2.3 星形聯結繞組
8.2.4 三角形聯結繞組
8.2.5 美國國家標准
8.2.6 雙繞組變壓器
8.2.7 相導納矩陣和序導納庫矩陣
8.2.8 電壓和電流在雙繞組變壓器
8.2.9 傳輸矩陣和相導納矩陣
8.3 三繞組變壓器的模擬
8.4 四繞組變壓器的模擬
8.5 小結
習題
第九章 輸電線路和電纜的模擬
9.1 引言
9.2 集膚效應
9.3 電力線路的模擬
9.4 線路的串聯阻抗
9.5 導體間的耦合
9.6 耦合線路
9.7 線路的並聯電容
9.8 波阻抗和傳播速度
9.9 線路的串聯阻抗和並聯電容單相等效
9.10 傳輸矩陣
9.11 導納矩陣
9.12 傳輸矩陣與導納矩陣間的相互轉換
9.13 單相等效
9.14 沿線電壓和電流
9.15 無損耗線
9.16 單相等效
9.17 網絡短路容量的變化
9.18 實例
9.19 小結
習題
第十章 電力系統諧波分析計算一種簡單方法
10.1 引言
10.2 使用計算要程序進行諧波分析
10.3 使用電子表格進行諧波分析
10.3.1 數據輸入
10.3.2 網絡分析
10.3.3 諧波濾波器設計
10.4 諧波畸變限制值
10.5 諧波濾波器的額定值
10.6 實際應用中應考慮的因素
10.7 一個諧波分析實例
10.8 對工業電力系統的諧波分析
10.8.1 諧波分析
10.8.1.1 系統阻抗
10.8.1.2 阻抗掃描
10.8.1.3 諧波注入
10.8.2 短路容量變化的影響
10.8.3 變壓器停運的影響
10.8.4 增加變壓器阻抗的影響
10.8.5 增加電動機負荷的影響
10.8.6 增加無源負荷的影響
10.8.7 諧波濾波器的額定值
10.9 對一個工業電力系統的諧波分析
10.9.1 系統描述
10.9.2 諧波分析
10.9.2.1 系統阻抗
10.9.2.2 阻抗掃描
10.9.3 諧波注入
10.9.3 輸出結果
10.9.4 諧波濾波器的額定值
10.9.5 高壓網絡短路容量變化的影響
10.6 變壓器停運的影響
10.9.7 減小變壓器阻抗的影響
10.9.8 增加電動機負荷的影響
10.9.9 增加無源負荷的影響
10.10 一個工業電力系統的諧波分析
10.10.1 諧波分析
10.10.1.1 系統阻抗
10.10.1.2 阻抗掃描
10.10.1.3 諧波注入
10.10.2 短路容量變化的影響
10.10.3 變壓器停運的影響
10.10.4 增加變壓器阻抗的影響
10.10.5 增加電動機負荷的影響
10.10.6 增加無源負荷的影響
10.11 一個工業電力系統的諧波分析
10.11.1 諧波分析
10.11.1.1 系統阻抗
10.11.1.2 阻抗掃描
10.11.1.3 諧波注入
10.11.1.4 輸出結果
10.12 低壓系統諧波分析
10.12.1 諧波分析
10.12.1.1 系統阻抗
10.12.1.2 阻抗掃描
10.12.1.3 諧波注入
10.12.1.4 輸出結果
10.13 小結
習題
參考文獻
附錄

近年來，變速傳動在工業界的廣泛應用以及電力電容器組在電力系統中的大量使用，使得電能質量問題備受關注，人們必須嚴肅對待電流和電壓的畸變問題，而電流和電壓畸變的主要形式是諧波畸變。

諧波研究的主要目的是計算母線諧波電壓、支路諧波電流、電壓和電流的總諧波畸變率（THD），以及找出諧振的條件。因此在進行諧波研究時，准確模擬系統元件，以保證獲得精確和可靠的諧波畸變結果是十分重要的。已有的商業化軟件可以用來分析諧波問題。用來評估諧波畸變的更深入的國際性標准正在制定中。

本書的第2章敘述一些基礎知識，包括諧波的特性和諧波畸變的度量方法，利用電容器組來提供無功功率和功率因數校正，以及諧振的起因等。第3章闡述了諧波畸變的起源。第4章的目的是量化諧波畸變對電力系統設各和負載的影響。第5章討論降低電力系統諧波的方法。第6章介紹由IEEE、IEC、EN和NORSOK制定的標准中對電流和電壓諧波畸變的限制值。第7、8和9章討論電力系統元件的模擬方法，以保證獲得精確和可靠的諧波畸變結果，包括高壓電力網絡、發電機、並聯和串聯電容器組、感應電動機、負載、雙繞組變壓器、三繞組變壓器、四繞組變壓器以及電力線路的模型等。第10章給出了分析和求解電力系統諧波問題的一種簡單方法。

附錄A簡短回顧了變換矩陣A和對稱分量的概念。附錄B詳細推導了由Yd、Dy、Dd和Yy聯結變壓器導出的所有聯結組標號下的相導納矩陣和序導納矩陣，這在模擬三相雙繞組變壓器時是必需的。附錄C推導了三相變壓器的傳輸矩陣。

在本書的各章中分析了很多實際算例。本書對電力系統諧波進行了定量的討論和入門性的分析，並提供了背景材料、推導了相關方程、分析了實例系統，還闡述了實際應用中需考慮的因素。本書的取材在於引導讀者更好地理解本書的主題。本書適用於從事實際工作的工程師、大學本科生和研究生，也可以作為電力系統諧波的自學教材。

本書每章后面習題的詳細解答可從解題指導書中找到，該小冊子已經出版。

感謝我的甥女Hala A.Masri，她仔細地校讀了本書的手稿。