王江彬的英文翻译定稿——标注版

毕业设计英文翻译（中文）

专业电气工程及其自动化

姓名王江彬

学号 201009034

指导教师田铭兴

Steinmetz电路电容器失效对电力系统谐波响应的影响

Luis Sainz, Joaquín Pedra, Member, IEEE, and Manuel Caro

摘要

牵引系统一般是单相负载，会导致电压不平衡，继而影响电力系统的运行。通常是将三角形连接的电抗与单相负载相连的方法来减少电压不平衡的。这些电抗和单相负载的集合就是Steinmetz电路。Steinmetz电路中的电容性电抗会与系统感性电抗之间产生并联谐振，这会破坏电能质量。这篇文章分析性地指出并联谐振的频率并且研究电容器损耗对其设计值的影响。为了证实所得的分析结果，也给出了实验测量数据。

关键词：扫描频率、谐波分析、电能质量

1 引言

虽然电力系统一般运行在平衡条件下，但它可以连接诸如牵引系统的单相负荷。这些负荷会引起不平衡负荷母线电压，因为它们消耗非对称的线电流[1]。这些不平衡条件会影响正常的电力系统运行[2-3]。出于这个原因，通常采用带有单相负载的三角形连接电抗来降低电力系统的不平衡。三角形连接的电抗和单相负载组成的集合（通常被称为Steinmetz电路）可以让网络负载承受对称的电流。

Steinmetz电路设计的目的就是确定平衡单相负载消耗不平衡电流所需的电抗值。由于电力系统中的非线性设备越来越多，设计必须考虑在非正弦条件下电路的性能和行为。因此，在上述条件下，Steinmetz电路的电容器和供电系统电感之间产生的并联谐振必须定位以防止当Steinmetz电路连接时的谐波问题。显然，谐振位置受Steinmetz电路本身损坏或其熔断器损坏时电容器损耗的影响。

这种谐振问题在文献[7]中提出。后来，该问题又在文献[8]中得到研究，并且得到了并联谐振的数值分析。在文献[8]中，通过对来自于电力系统谐波阻抗的几组曲线进行数值拟合来预测系统只在五次谐波、七次谐波以及十一次谐波共存情况下的谐振问题。最近，经文献[9]分析，可以通过电力系统谐波阻抗的理论研究来定位谐振。一个预测Steinmetz电路单相负荷任何值和任何谐波的谐振表达式也在文献[9]中得到阐述。

本文继续以上关于在Steinmetz电路存在下的电力系统谐波响应研究。特别是，文献[9]中推出的用于预测并联谐振频率的解析表达式扩展到开始考虑设计值下Steinmetz电路电容器损耗对谐振频率的影响。实验测量已在实验室中对理论研究中所得的解析表达式得到了验证。

2Steinmetz电路设计

图2.1给出了带有供电系统和非线性负载的Steinmetz电路：

图2.1 被研究系统

在该电路中，单相阻抗负载用1

L L L L =k k Z Y R jkX -=+来建模，这里k 是被研究

谐波，L R 是负载电阻，L X 是供电电压基频条件下的负载电抗。该单相负载以三

角形连接方式被接到电容器(1

222=/k k Z Y jX k -=-)以及一个纯电感(1111=k k Z Y

jkX -=)上来平衡负荷电流(A1I ，2B1A1I I α=，C1A1I I α=，j2/3=e πα)。Steinmetz 电路设计的过程（例如电容器和单相负载阻抗电感的确定）已在文献[8]中提出并得到了简化。Steinmetz 电路所消耗的三相谐波电流由三相谐波电压确定（如图2.1所示），其关系式表示为式(2.1)：

A 1A

B B L B

C 2CA C 101001100001100

k k

k k k

k k k k I Y V I Y V Y V I -⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢

⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦⎣⎦

⎣⎦ (2.1)

Steinmetz 电路三相基波电流的对称分量(A1I ，B1I ，C1I )就可以用Fortescue 变换得到，具体变换公式如式(2.2)所示：

01A121B12C1111

11131p n I I I I I I αααα⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥

⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦

(2.2)

其中，23

=j e π

α。

不平衡因数由序电流1p I 和1n I 分析确定，计算式如下式(2.3)所示：

222

1A1B1C1AB111BC1L1CA121122

1A1B1C1AB111BC1L1CA1211==1n i p I I I I V Y V Y V Y m I I I I V Y V Y V Y αααααααααα

++++-=⋅++++- (2.3)

因此，此因子的最终表达式取决于公共耦合点平衡或不平衡电压的考虑。在本文中，为了简化非正弦条件下电路的设计，对平衡电压作了考虑(2BC1AB1V V α=，

CA1AB1V V α=)。得到的不平衡因数体现在公式(2.4)中：

111n i p I m I =

=其中，L L1=/R Z λ是单相负载基波功率因数；L1Z 是基波频率下负载阻抗的模值；

21/2

=/m λλ（（1）-1）

。 最后，对称无功元件（电容2X 和电感1X ）的设计是通过迫使基波电流不平衡因素为0（例如可以使负序电流为0）而实现的。这表明具有式(2.5)所示关系：

1X =

；2X =(2.5)

在(2.5)式中，所讨论的电路（带有电容和电感）只有在负载基波功率因数满

足条件/21λ<≤时才是可行的(02>X )。在本文中，功率因数的研究值