電力網(wǎng)諧波若干問題的研究論文

關于電力網(wǎng)諧波若干問題的研究論文

　　[關鍵詞]諧波 電力網(wǎng) 電力網(wǎng)諧波 電能 供用電設備

　　[摘要]隨著電子技術的飛速發(fā)展，非線性負荷在各行各業(yè)的廣泛使用，電力網(wǎng)的諧波污染問題也越來越不容忽視，由于諧波的不良作用惡化電能質量，增加附加損耗，降低電網(wǎng)可靠性，影響供用電設備的正常工作，甚至損害設備，造成電氣故障。首先討論了諧波的產(chǎn)生，接著分析了諧波的危害，最后研究了諧波抑制和檢測。

　　一、引言

　　隨著工業(yè)、農業(yè)和人民生活水平的不斷提高，電能需求成倍增長，對供電質量及供電可靠性的要求也越來越高。同時隨著我國冶金、化學工業(yè)及鐵路交通運輸事業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)中的諧波問題也日趨嚴重。電網(wǎng)諧波使得電壓、電流的波形發(fā)生了畸變，使電力系統(tǒng)的發(fā)、供、用電設備出現(xiàn)許多異常現(xiàn)象和故障，產(chǎn)生了嚴重的危害和影響。對其進行有效的抑制，已成為電力系統(tǒng)安全運行工作的重要內容之一。

　　二、諧波的產(chǎn)生

　　理想的干凈供電系統(tǒng)向用戶提供的是一個恒定工頻的正弦波形電壓，在只含線性元件(電阻、電感及電容)的簡單電路里．流過的電流與施加的電壓成正比．流過的電流是正弦波。在實際的供電系統(tǒng)中，由于具有非線形阻抗特性的用電設備(即非線性負荷)的存在，當流過的電流與施加的電壓不呈線性關系時．就形成非正弦電流。任何周期性波形均可分解為一個基頻正弦波加上基頻整數(shù)倍的一系列分量，該分量統(tǒng)稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值(n=fn／f1)稱為諧波次數(shù)。例如：基頻為50Hz．二次諧波為100Hz，三次諧波則為150Hz。應該注意，電力系統(tǒng)所指的諧波是穩(wěn)態(tài)的工頻整數(shù)倍數(shù)的波形，電網(wǎng)暫態(tài)變化諸如涌流、各種干擾或故障引起的過壓、欠壓均不屬諧波范疇。

　　三、諧波的危害

　　（一）由諧波電流和電機旋轉磁場相互作用產(chǎn)生的脈動轉矩可造成電機震動，當電機的機械系統(tǒng)的自然頻率在受到上述轉矩的激發(fā)而可能引起共振時，則會損壞電機設備，危及人身安全。

　　（二）無功補償電容與電力系統(tǒng)中的電感構成了局部電感、電容回路，它們的組合有時會對某次諧波電流起到放大作用，加劇了諧波危害。當它們構成的局部諧波回路的頻率與系統(tǒng)中存在的某次諧波頻率相近時，就會造成危險的過電流和過電壓。

　　（三）對繼電保護、自動控制裝置和計算機產(chǎn)生干擾和造成誤動作。因保護和控制設備的工作電壓和電流通常都是按照工業(yè)頻率和正弦波形設計的，諧波使正常工作條件受到干擾，嚴重時將造成誤動或拒動，而引起和擴大事故。

　　（四）影響測量儀表的精度，造成電能計量誤差。干擾通信線路的正常工作。

　　四、諧波抑制和檢測

　　（一）提高諧波源負荷的供電電壓

　　當本級電網(wǎng)容納不下諧波源負荷的諧波電流，造成電網(wǎng)諧波超出標準允許值時，可考慮改由高一級電網(wǎng)供電，把諧波源負荷接入容量較大的電網(wǎng)，可以容納較大的諧波電流。例如，一些用戶的整流裝置經(jīng)數(shù)千米饋線(10kV)供電，且供電母線的短路容量較小，所以由整流裝置產(chǎn)生的諧波干擾很大，常使用戶附近的用電設備無法正常工作，此時采用高一級電壓(35kV)的電網(wǎng)給諧波源負荷供電，就能避免這些問題。

　　（二）避免并聯(lián)電容器組對諧波的放大

　　并聯(lián)電容器在一定條件下會產(chǎn)生諧波放大，所以應根據(jù)設備情況將并聯(lián)電容器組的串聯(lián)電抗器進行適當調整。例如，當僅需要限制合閘涌流時，宜選用電抗率為0.1％-1％的電抗器；為抑制5次及以 諧波電壓放大時，宜選用電抗率為4.5％-6％的電抗器；為抑制3次及以上諧波電壓放大時，宜選用電抗率為12％-13％的電抗器。

　　（三）就地加裝諧波補償裝置

　　1．在諧波源處裝設無源調諧濾波裝置，吸收諧波電流，有效地減少諧波量。

　　2．加裝有源濾波裝置，采用補償原理，向電網(wǎng)注入與諧波電流相位相反、幅值相同的電流來抵消電網(wǎng)中的諧波，從而達到抑制諧波的目的。

　　3．加裝靜止無功補償裝置(SVC)，對系統(tǒng)、負荷無功功率進行快速動態(tài)補償，改善功率因素，抑制不平衡電流產(chǎn)生，并濾除諧波源發(fā)出的諧波。

　　（四）裝配有源濾波器

　　由變流器／逆變器產(chǎn)生的邊頻帶和諧波不能很好地用普通的濾波器來濾除，這是因為邊頻帶上的頻率是隨傳動裝置的速度而變化的，并且時常很接近于基波頻率。目前有源濾波器日益推廣應用，它在工作時主動地注入一個電流來精確地補償由負荷產(chǎn)生的諧波電流，就會獲得一個純粹的正弦波。這種濾波設備的工作靠數(shù)字信號處理(DSP)技術來控制快速絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。因為設備與供電系統(tǒng)是并聯(lián)工作的，它只控制諧波電流，基波電流并不流過濾波器。如果所需過濾的諧波電流比濾波器的容量大，它只是簡單地起限制作用而使波形得到部分糾正。

　　（五）基于小波變換檢測法

　　小波變換是近幾年掀起熱潮的一個國際前沿領域，它是在傅里葉變換的基礎上發(fā)展起來的新的信號處理方法。從原則上講，凡傳統(tǒng)使用傅氏變換都可以用小波變換來代替。近年來一些文獻將小波變換應用于電力系統(tǒng)電能質量分析、故障檢測及繼電保護等方面，表明小波變換在電力系統(tǒng)具有廣闊的應用前景。它主要利用正交小波在L2(R)空間線性張成的標準正交小波基和小波函數(shù)時域局部性的特點，將諧波時變幅值投影到小波函數(shù)和尺度函數(shù)張成的子空間上，從而把時變幅值的估計問題轉化為常系數(shù)估計，利用最小二乘法即可實現(xiàn)時變諧波的檢測。同時遞推最小二乘法的應用使該方法適用于諧波在線跟蹤。這種方法只是在仿真上證明了它的有效性，但是在實際現(xiàn)場沒有證明它的可行性。在這方面還需要進一步研究與探討。

　　五、總結

　　加強電能質量管理，提高電能質量，已經(jīng)成為電力系統(tǒng)廣泛關注的重要內容之一。我們應加強相關標準和規(guī)范的宣傳，大力推廣環(huán)保電氣產(chǎn)品，將諧波抑制在源頭，提高公用電網(wǎng)的純凈度，改善生存環(huán)境，為國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展提供可靠的優(yōu)質電源保證。

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