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智 能 电 气 技 术 与 安 全 应 用 研 究

电力系统仿真分析软件 ETAP 在石化工程谐波、谐振分析上的应用

高志勇

（ETAP 自动化技术（北京）有限公司）
1.1 引言

石化企业的负荷主要以大型异步电动机拖动的风机、压缩机以及防爆或增安型异步电动机拖动的机泵
为主。由于石化企业供配电系统内具有大量异步电动机的运行，就需要大量的负载变频器，变频器属
于电力电子设备，因此，在整流逆变过程中会产生大量的谐波，谐波会造成电网的容量损耗，设备的
寿命损耗，电机噪音和效率的下降以及设备的安全稳定性。所以采用一个强有力的、性能卓越的电力
系统仿真分析和计算高级应用软件对石化行业工程的谐波分析是非常有必要的。

1.2 石化工程项目背景介绍

石化工程项目由等效电网、一台备用 1.2MW 发电机以及变频器负荷等组成一个电力系统。针对该

联网电力系统进行谐波、谐振分析，分析电力系统中谐波的产生机理，分析电力系统谐振发生条件，

对电力系统进行谐振风险评估，提出相应的抑制谐振发生的措施。
电力系统由短路容量为 12000MVA 的等效电网，经容量为 55MVA 变比为 220/11KV 变压器给负荷供电，
11KV 母线有一台 1.2MW 的备用发电机，9 台三绕组变压器输出接变频器负荷。

1.3 项目主要内容

a. 使用 ETAP12.6 版本针对石化项目电力系统建立详细的系统稳态模型，包括变压器、变频器、
电缆模型。

b. 分析变频器的工作特性，分析谐波的产生和危害。

c. 使用 ETAP 软件平台设计谐波源设置基础、谐波限制条件。

d. 分析电力系统特性谐波超标，谐振发生条件，对电力系统进行谐波、谐振风险评估。
2 谐波

2.1 谐波的定义

谐波是指电压、电流波形发生畸变。国际上公认的谐波含义为：谐波是一个周期电气量的正弦波分量，
其频率为基波频率的整倍数。这主要是负荷的非线性造成的，随着电力电子装置的广泛使用以及现代
办公设备的普及，电网中的谐波含量也不断上升，谐波污染对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜
在威胁，给周围电气环境带来极大影响，谐波被公认为是电网的一大公害。
由于谐波的存在，使得系统里的电气量发生畸变，原本是正弦变化的周期电量不再是正弦，这可能使
得系统发生难以预测的变化。对于非正弦函数的表示能够用直流分量、正弦基本分量和一系列高次正
弦分量谐波之和来表示。这些高次正弦分量的频率是基波频率的整数倍。因此，非正弦的周期函数波
形,运用傅里叶变换将其分解成一系列正弦波，其中频率等于工频的分量称为基波，频率为大于整数
倍基波频率的分量称为谐波。例如，一个周期函数 f(t)可以分解为下式

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