淺談電力系統(tǒng)諧波的危害及其常用抑制方法

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1、淺談電力系統(tǒng)諧波的危害及其常用抑制方法發(fā)布時(shí)間:2011-2-269:22:37??作者:yztpdq??來源:本站??瀏覽量:698??【字體:大中小】???在電力系統(tǒng)中采用電力電子裝置可靈活方便地變換電路形態(tài),為用戶提供高效使用電能的手段。但是,電力電子裝置的廣泛應(yīng)用也使電網(wǎng)的諧波污染問題日趨嚴(yán)重,影響了供電質(zhì)量。目前諧波與電磁干擾、功率因數(shù)降低已并列為電力系統(tǒng)的三大公害。因而了解諧波產(chǎn)生的機(jī)理,研究消除供配電系統(tǒng)中的高次諧波問題對(duì)改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著非常積極的意義。1、諧波及其起源???所謂諧波

2、是指一個(gè)周期電氣量的正弦波分量,其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。周期為T=2π/ω的非正弦電壓u(ωt),在滿足狄里赫利條件下,可分解為如下形式的傅里葉級(jí)數(shù):式中頻率為nω(n=2,3…)的項(xiàng)即為諧波項(xiàng),通常也稱之為高次諧波?! ?yīng)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;諧波與不是工頻整倍數(shù)的次諧波(頻率低于工頻基波頻率的分量)和分?jǐn)?shù)諧波(頻率非基波頻率整倍數(shù)的分?jǐn)?shù))有定義上的區(qū)別?! ≈C波主要由諧波電流源產(chǎn)生:當(dāng)正弦基波電壓施加于非線性設(shè)備時(shí),設(shè)

3、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(fù)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?! H上對(duì)電力諧波問題的研究大約起源于五六十年代,當(dāng)時(shí)的研究主要是針對(duì)高壓直流輸電技術(shù)中變流器引起的電力系統(tǒng)諧波問題。進(jìn)入70年代后,隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在工業(yè)、交通及家庭中的廣

4、泛應(yīng)用,諧波問題日趨嚴(yán)重,從而引起世界各國的高度重視。各種國際學(xué)術(shù)組織如電氣與電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)、國際電工委員會(huì)(IEC)和國際大電網(wǎng)會(huì)議(CIGRE)相繼各自制定了包括供電系統(tǒng)、各項(xiàng)電力和用電設(shè)備以及家用電器在內(nèi)的諧波標(biāo)準(zhǔn)。我國國家技術(shù)監(jiān)督局于1993年頒布了國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》,標(biāo)準(zhǔn)給出了公用電網(wǎng)諧波電壓、諧波電流的限制值。???如國內(nèi)某軋鋼廠的4000kW交流變頻同步電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng),在某種工況下5次諧波含量達(dá)到15.88%,7次諧波含量達(dá)7.9%。另外,低于電網(wǎng)頻率的次諧波

5、和大量的分?jǐn)?shù)次諧波,使電流總諧波畸變率最高時(shí)可達(dá)25.87%,電壓總諧波畸變率最高時(shí)可達(dá)6.19%。遠(yuǎn)高于國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》,可見,諧波對(duì)電網(wǎng)的污染是相當(dāng)嚴(yán)重的。2、高次諧波的危害???諧波污染對(duì)電力系統(tǒng)的危害是嚴(yán)重的,主要表現(xiàn)在:(1)諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。對(duì)如發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生附加功率損耗、發(fā)熱、機(jī)械振動(dòng)和噪聲;對(duì)斷路器,當(dāng)電流波形過零點(diǎn)時(shí),由于諧波的存在可能造成高的di/dt,這將使開斷困難,并且延長(zhǎng)故障電流的切除時(shí)間。(2)諧波對(duì)供電線路產(chǎn)生了附加損耗。由于集膚效應(yīng)

6、和鄰近效應(yīng),使線路電阻隨頻率增加而提高,造成電能的浪費(fèi);由于中性線正常時(shí)流過電流很小,故其導(dǎo)線較細(xì),當(dāng)大量的三次諧波流過中性線時(shí),會(huì)使導(dǎo)線過熱,損害絕緣,引起短路甚至火災(zāi)。(3)使電網(wǎng)中的電容器產(chǎn)生諧振。工頻下,系統(tǒng)裝設(shè)的各種用途的電容器比系統(tǒng)中的感抗要大得多,不會(huì)產(chǎn)生諧振,但諧波頻率時(shí),感抗值成倍增加而容抗值成倍減少,這就有可能出現(xiàn)諧振,諧振將放大諧波電流,導(dǎo)致電容器等設(shè)備被燒毀。(4)諧波將使繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)作,并使儀表和電能計(jì)量出現(xiàn)較大誤差。諧波對(duì)其他系統(tǒng)及電力用戶危害也很大:如對(duì)附近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,輕

7、者出現(xiàn)噪聲,降低通信質(zhì)量,重者丟失信息,使通信系統(tǒng)無法正常工作,影響電子設(shè)備工作精度,使精密機(jī)械加工的產(chǎn)品質(zhì)量降低;設(shè)備壽命縮短,家用電器工況變壞等。3、諧波的檢測(cè)和分析方法???為了有效補(bǔ)償和抑制負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流,首先必須對(duì)含有的諧波成分有精確的認(rèn)識(shí),因而需要實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載電流中的諧波分量?,F(xiàn)有的諧波電流檢測(cè)和分析方法主要基于以下幾種原理:(1)帶阻濾波法  這是一種最為簡(jiǎn)單的諧波電流檢測(cè)方法,其基本原理是設(shè)計(jì)一個(gè)低阻濾波器,將基波分量濾除,從而獲得總的諧波電流量。這種方法過于簡(jiǎn)單,精度很低,不能滿足諧波分析的需要,一般

8、不用。(2)帶通選頻法和FFT變換法???帶通選頻方法采用多個(gè)窄帶濾波器,逐次選出各次諧波分量,利用FFT變換來檢測(cè)電力諧波是一種以數(shù)字信號(hào)處理為基礎(chǔ)的測(cè)量方法,其基本過程是對(duì)待測(cè)信號(hào)(電壓或電流)進(jìn)行采樣,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換,再用計(jì)算機(jī)進(jìn)行傅里葉變換,得到各次諧波的幅值和相位系數(shù)。  這兩種方法都可以檢測(cè)到

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