關(guān)于電力系統(tǒng)諧波治理的探討

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關(guān)于電力系統(tǒng)諧波治理的討論本文簡(jiǎn)介：關(guān)于電力系統(tǒng)諧波治理的討論朱俊輝(廣州粵能電力科技開發(fā)廣州510075)動(dòng)力與電氣工程摘要：隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建立的迅猛開展，城市對(duì)供電質(zhì)量及供電可靠性的要求也越來(lái)越多。城市電網(wǎng)中因使用電器產(chǎn)生的諧波污染日苴嚴(yán)重，對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生了嚴(yán)重威脅，因此研究諧波的危害及其采取

關(guān)于電力系統(tǒng)諧波治理的討論本文內(nèi)容：

關(guān)于電力系統(tǒng)諧波治理的討論

朱俊輝

(廣州粵能電力科技開發(fā)廣州510075)

動(dòng)力與電氣工程

摘要：隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建立的迅猛開展，城市對(duì)供電質(zhì)量及供電可靠性的要求也越來(lái)越多。城市電網(wǎng)中因使用電器產(chǎn)生的諧波污染日苴嚴(yán)重，對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生了嚴(yán)重威脅，因此研究諧波的危害及其采取相應(yīng)的治理措施，對(duì)改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著非常積板的意義。

關(guān)鍵詞：電力諧波危害治理措施

1電力系統(tǒng)諧波的主要危害

(1)污染公用電網(wǎng)。假設(shè)公用電網(wǎng)的諧波特別嚴(yán)重，那么不但使接入該電網(wǎng)的設(shè)備(電視機(jī)、計(jì)算機(jī)等)無(wú)法正常工作，甚至?xí)斐晒收?，而且還會(huì)造成向公用電網(wǎng)的中性線注入更多電流，造成超載、發(fā)熱，影響電力正常輸送，嚴(yán)重的甚至可能引發(fā)火災(zāi)。

(2)對(duì)線路的影響。對(duì)供電線路來(lái)說(shuō)，由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，線路電阻隨著頻率的增加會(huì)很快增加，在線路中會(huì)有很大的電能浪費(fèi)。另外，在電力系統(tǒng)中，由于中性線電流都很小，所以其線徑一般都很細(xì)，當(dāng)大量的諧波電流流過(guò)中性線時(shí)，會(huì)在其上產(chǎn)生大量的熱量，不僅會(huì)破壞絕緣，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成短路。甚至引起火災(zāi)。而當(dāng)諧波頻率與網(wǎng)絡(luò)諧振頻率相近或一樣時(shí)，會(huì)在線路中產(chǎn)生很高的諧振電壓。嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電力系統(tǒng)或用電設(shè)備的絕緣擊穿，造成惡性事故。(3)影響變壓器工作。諧波電流，特別是3次(及其倍數(shù))諧波侵入三角形連接的變壓器，會(huì)在其繞組中形成環(huán)流，使繞組發(fā)熱。對(duì)Y形連接中性線接地系統(tǒng)中，侵入變壓器的中性線的3次諧波電流會(huì)使中性線發(fā)熱。(4)影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置。對(duì)于電磁式繼電器來(lái)說(shuō)，電力諧波常會(huì)引起繼電保護(hù)以及自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作或拒動(dòng)，造成整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)的可靠性降低，造成不必要的供電中斷和損失，影響電力系統(tǒng)的平安。(5)對(duì)電力電容器的影響。在諧波電壓作用下，電容器會(huì)產(chǎn)生額外的功率損耗，加快絕緣介質(zhì)的老化。更為嚴(yán)重的是，大量諧波電流很可能引發(fā)電容器和系統(tǒng)其他元件之間的并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，造成電容器超載而損壞;使與電容器連接的配電回路中所有線路、設(shè)備因電壓閃變、超壓、過(guò)負(fù)荷而損壞。(6)對(duì)通信線路產(chǎn)生干擾。在電力線路上流過(guò)幅度較大的奇次低頻諧波電流時(shí)，通過(guò)電磁耦合，會(huì)在鄰近電力線路的通信線路中產(chǎn)生干擾電壓。輕那么產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量;重那么導(dǎo)致信息喪失，使通信系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

2抑制電力系統(tǒng)諧波影響的措施

諧波具有多發(fā)性、隨機(jī)性和不可重復(fù)性等特點(diǎn)，其治理方法也各式各樣，限于篇幅問(wèn)題，本文在此只簡(jiǎn)單介紹幾種抑制諧波影響的措施，僅供參考。

(1)盡量選用高功率因數(shù)的整流器。采用整流器的多重化來(lái)減少諧波是一種傳統(tǒng)方法，用該方法構(gòu)成的整流器還缺乏以稱之為高功率因數(shù)整流器。高功率因數(shù)整流器是一種通過(guò)對(duì)整流器本身進(jìn)展改造，使其盡量不產(chǎn)生諧波，其電流和電壓同相位的組合裝置，這種整流器可以被稱為單位功率因數(shù)變流器(UPFC)。該方法只能在設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程中加以注意，從而得到理論中的諧波抑制效果。

(2)整流變壓器采用Y/或/Y接線。該方法可抑制3的倍數(shù)次的高次諧波，以整流變壓器采用/Y接線形式為例說(shuō)明其原理，當(dāng)高次諧波電流從晶閘管反串到變壓器副邊繞組內(nèi)時(shí)，其中3的倍數(shù)次高次諧波電流無(wú)路可通，所以自然就被抑制而不存在。但將導(dǎo)致鐵心內(nèi)出現(xiàn)3的倍數(shù)次高次諧波磁通(三相相位一致)，而該磁通將在變壓器原邊繞組內(nèi)產(chǎn)生3的倍數(shù)次高次諧波電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生3的倍數(shù)次的高次諧波電流。因?yàn)樗鼈兿辔灰恢拢荒茉谛卫@組內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，將能量消耗在繞組的電阻中，故原邊繞組端子上不會(huì)出現(xiàn)3的倍數(shù)次的高次諧波電動(dòng)勢(shì)。從以上分析可以看出，三相晶閘管整流裝置的整流變壓器采用這種接線形式時(shí)，諧波源產(chǎn)生的3n(n是正整數(shù))次諧波激磁電流在接線繞組內(nèi)形成環(huán)流，不致使諧波注入公共電網(wǎng)。這種接線形式的優(yōu)點(diǎn)是可以自然消除3的整數(shù)倍次的諧波，是抑制高次諧波的最根本方法，該方法也多用于大容量的整流裝置負(fù)載。

(3)在諧波源處吸收諧波電流。這類方法是對(duì)已有的諧波進(jìn)展有效抑制的方法，這是目前電力系統(tǒng)使用最廣泛的抑制諧波方法。①無(wú)源濾波器：采用無(wú)源濾波器是傳統(tǒng)的抑制諧波的方法。無(wú)源濾波器安裝在電力電子設(shè)備的交流側(cè)，由L、C、R元件構(gòu)成諧振回路，當(dāng)LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率一樣時(shí)，即可阻止該次諧波流入電網(wǎng)。由于具有投資少、效率高、構(gòu)造簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，無(wú)源濾波是目前采用的抑制諧涉及無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕侄巍５@種裝置的缺點(diǎn)是容易過(guò)載，在過(guò)載時(shí)會(huì)被燒損。因此，隨著時(shí)間的改變以及配件老化或電網(wǎng)負(fù)載的變動(dòng)，會(huì)改變諧波振頻率，使濾波效果下降。更重要的是，無(wú)源濾波器只可以過(guò)濾一種諧波成分，如要過(guò)濾不同的頻率，那么要分別采用不同的濾波器。因此隨著電力電子技術(shù)的不斷開展，人們將濾波研究方向逐步轉(zhuǎn)向有源濾波器。②有源濾波器：與無(wú)源濾波器相比，APF具有高度可控性和快速響應(yīng)性，能補(bǔ)償各次諧波，可抑制閃變、補(bǔ)償無(wú)功，有一機(jī)多能的特點(diǎn);在性價(jià)比上較為合理;濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn);具有自適應(yīng)功能，可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償變化著的諧波。③采用混合型濾波器：即可將有源電力濾波器與無(wú)源電力濾波器混合使用。其中，無(wú)源濾波器由3、5、7、9次單調(diào)諧濾波器支路及高通濾波器支路組成。有源濾波器由8個(gè)IGBT、直流電容及濾波電感構(gòu)成。直流電容可為有源濾波器提供一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓，濾波電感可減小有源濾波器產(chǎn)生的高頻開關(guān)頻率諧波。有源濾波器和無(wú)源濾波器串聯(lián)后并人電網(wǎng)，由于有源濾波器不是直接對(duì)諧波電流進(jìn)展消除，它所產(chǎn)生的補(bǔ)償電壓中只含有諧波電壓，故其功率容量很小，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。④防止并聯(lián)電容器組對(duì)諧波的放大：在電網(wǎng)中并聯(lián)電容器組起改善功率因數(shù)和調(diào)節(jié)電壓的作用。當(dāng)諧波存在時(shí)，在一定的參數(shù)下電容器組會(huì)對(duì)諧波起放大作用，危及電容器本身和附近電氣設(shè)備的平安?？刹扇〈?lián)電抗器，或?qū)㈦娙萜鹘M的某些支路改為濾波器，還可以采取限定電容器組的投入容量，防止電容器對(duì)諧波的放大。⑤采用諧波保護(hù)器：采用磁性方法治理諧波比有源濾波器本錢更低。諧波保護(hù)器從任何一種諧波對(duì)電路系統(tǒng)帶來(lái)危害的本質(zhì)上著手解決問(wèn)題，即采用磁場(chǎng)吸收諧波能量的方法，具有很高的可靠性與使用壽命。此類產(chǎn)品如諧波保護(hù)器(HPD)，采用了超微晶合金材料與創(chuàng)新科技的特別電路，能吸收各種頻率各種能量的諧波干擾，將諧波消除在發(fā)生源，自動(dòng)消除對(duì)用電設(shè)備產(chǎn)生的隨機(jī)高次諧波和高頻噪聲、脈沖尖峰、電涌等干擾。⑥加裝靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置：快速變化的諧波源，如電弧爐、電力機(jī)車和卷?yè)P(yáng)機(jī)等，除了產(chǎn)生諧波外，往往還會(huì)引起供電電壓的波動(dòng)和閃變，有的還會(huì)造成系統(tǒng)電壓三相不平衡。在諧波源處并聯(lián)裝設(shè)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置，可有效減小波動(dòng)的諧波量，同時(shí)可以抑制電壓波動(dòng)、電壓閃變、三相不平衡，還可補(bǔ)償功率因數(shù)。

3結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際工作中，諧波具有多發(fā)性、隨機(jī)