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電力系統(tǒng)出現(xiàn)諧波的原因及其防治
時間:2021-03-22瀏覽次數(shù):1455次
原因:所謂諧波是指一個周期電氣量的正弦波分量,其頻率為基波頻率的整數(shù)倍,通常也稱之為高次諧波。
諧波主要由諧波電流源產(chǎn)生:當正弦基波電壓施加于非線性設(shè)備時,設(shè)備吸收的電流與施加的電壓波形不同,電流因而發(fā)生了畸變,由于負荷與電網(wǎng)相連,故諧波電流注入到電網(wǎng)中,這些設(shè)備就成了電力系統(tǒng)的諧波源。系統(tǒng)中的主要諧波源可分為兩類:含半導(dǎo)體的非線性元件,如各種整流設(shè)備、變流器、交直流換流設(shè)備、PWM變頻器等節(jié)能和控制用的電力電子設(shè)備;含電弧和鐵磁非線性設(shè)備的諧波源,如日光燈、交流電弧爐、變壓器及鐵磁諧振設(shè)備等。
防治:
降低諧波源的諧波含量
也就是在諧波源上采取措施,最大限度地避免諧波的產(chǎn)生。這種方法比較積極,能夠提高電網(wǎng)質(zhì)量,可大大節(jié)省因消除諧波影響而支出的費用。具體方法有:
1增加整流器的脈動數(shù)
整流器是電網(wǎng)中的主要諧波源,其特征頻譜為:n=Kp±1,則可知脈沖數(shù)p增加,n也相應(yīng)增大,而In≈I1/n,故諧波電流將減少。因此,增加整流脈動數(shù),可平滑波形,減少諧波。
2 脈寬調(diào)制法
采用PWM,在所需的頻率周期內(nèi),將直流電壓調(diào)制成等幅不等寬的系列交流輸出電壓脈沖可以達到抑制諧波的目的。
3三相整流變壓器采用Y/Δ或Δ/Y的接線
這種接線可消除3的倍數(shù)次的高次諧波,這是抑制高次諧波的最基本的方法。
2 在諧波源處吸收諧波電流
這類方法是對已有的諧波進行有效抑制的方法,這是目前電力系統(tǒng)使用最廣泛的抑制諧波方法。主要方法有以下幾種:
1 無源濾波器
無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LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時,即可阻止該次諧波流入電網(wǎng)。由于具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠及維護方便等優(yōu)點,無源濾波是目前采用的抑制諧波及無功補償的主要手段。但無源濾波器存在著許多缺點,如濾波易受系統(tǒng)參數(shù)的影響;對某些次諧波有放大的可能;耗費多、體積大等。因而隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)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
早在70年代初期,日本學者就提出了有源濾波器APF(Active Power Filter)的概念,即利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流,使電源的總諧波電流為零,達到實時補償諧波電流的目的。
與無源濾波器相比,APF具有高度可控性和快速響應(yīng)性,能補償各次諧波,可抑制閃變、補償無功,有一機多能的特點;在性價比上較為合理;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;具有自適應(yīng)功能,可自動跟蹤補償變化著的諧波。目前在國外高低壓有源濾波技術(shù)已應(yīng)用到實踐,而我國還僅應(yīng)用到低壓有源濾波技術(shù)。隨著容量的不斷提高,有源濾波技術(shù)作為改善電能質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù),其應(yīng)用范圍也將從補償用戶自身的諧波向改善整個電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量的方向發(fā)展。
3 防止并聯(lián)電容器組對諧波的放大
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。當諧波存在時,在一定的參數(shù)下電容器組會對諧波起放大作用,危及電容器本身和附近電氣設(shè)備的安全??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,避免電容器對諧波的放大。
4 加裝靜止無功補償裝置
快速變化的諧波源,如:電弧爐、電力機車和卷揚機等,除了產(chǎn)生諧波外,往往還會引起供電電壓的波動和閃變,有的還會造成系統(tǒng)電壓三相不平衡,嚴重影響公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量。在諧波源處并聯(lián)裝設(shè)靜止無功補償裝置,可有效減小波動的諧波量,同時,可以抑制電壓波動、電壓閃變、三相不平衡,還可補償功率因數(shù)。
3 改善供電環(huán)境
選擇合理的供電電壓并盡可能保持三相電壓平衡,可以有效地減小諧波對電網(wǎng)的影響。諧波源由較大容量的供電點或高一級電壓的電網(wǎng)供電,承受諧波的能力將會增大。對諧波源負荷由專門的線路供電,減少諧波對其它負荷的影響,也有助于集中抑制和消除高次諧波。