諧波治理方案.doc

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1、諧波治理方案[圖文]更新日期：2010-11-29１引言??在供電系統(tǒng)中，為了節(jié)能降損、提高電壓質(zhì)量和電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，經(jīng)常采用各種無功補(bǔ)償裝置。近年來，配電網(wǎng)中整流器、變頻調(diào)速裝置、電弧爐、各種電力電子設(shè)備以及電氣化鐵路大量應(yīng)用。這些負(fù)荷大都具有非線性、沖擊性和不平衡性的特點(diǎn)，在運(yùn)行中會產(chǎn)生大量諧波。這些諧波對無功補(bǔ)償裝置造成了嚴(yán)重影響。在供電系統(tǒng)中，對于某次諧波，作為無功補(bǔ)償用的并聯(lián)電容器若與呈感性的系統(tǒng)電抗發(fā)生諧振，則會出現(xiàn)過電壓而造成危害。當(dāng)無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行地點(diǎn)的諧波比較嚴(yán)重時(shí)，電壓、電流波形會有很大畸變，電容器投切控

2、制信號的傳輸就會受到影響，從而有可能引起裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)。另一方面，并聯(lián)電容器對電網(wǎng)諧波的影響也很大。若電容器容抗和系統(tǒng)感抗配合不恰當(dāng)?熏將會造成電網(wǎng)諧波電壓和電流的嚴(yán)重放大?熏給電容器本身帶來極大損傷?？梢姡瑹o功補(bǔ)償與諧波治理兩者關(guān)系密切。產(chǎn)生諧波的裝置大都是消耗基波無功功率的裝置；治理諧波的裝置通常也是補(bǔ)償無功的裝置。因此，為了尋求能同時(shí)實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償和諧波治理的裝置，就必須將二者結(jié)合起來進(jìn)行研究。２電容器無功補(bǔ)償裝置中的諧波問題??諧波源有兩種一種是諧波電流源，這些用電設(shè)備中的諧波含量取決于它自身的特性和工作狀況?；旧吓c

3、供電系統(tǒng)參數(shù)無關(guān)。另外一種是諧波電壓源。發(fā)電機(jī)在發(fā)出基波電勢的同時(shí)，也會有諧波電勢產(chǎn)生，其諧波電勢大小主要取決于發(fā)電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)和工作狀況。實(shí)際上，在電網(wǎng)中運(yùn)行的發(fā)電機(jī)和變壓器等電力設(shè)備輸出的諧波電勢分量很小，幾乎可以忽略。因此，在供電系統(tǒng)中存在并實(shí)際發(fā)生作用的諧波源主要是諧波電流源。??在用并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)墓╇娤到y(tǒng)中電網(wǎng)以感抗為主，電容器支路以容抗為主。在工頻條件下，并聯(lián)電容器的容抗比系統(tǒng)的感抗大得多可發(fā)出無功功率，對電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償。但在有諧波背景的系統(tǒng)中大量的非線性負(fù)荷會產(chǎn)生大量的諧波電流注入電網(wǎng)，對這些諧波頻率

4、而言電網(wǎng)感抗顯著增加而補(bǔ)償系統(tǒng)容抗顯著減小導(dǎo)致諧波電流大部分流入電容器支路，若此時(shí)電容器的運(yùn)行電流超過其額定電流的１．３倍，電容器將會因過流而產(chǎn)生故障。另外，針對無功補(bǔ)償系統(tǒng)的調(diào)諧頻率，如果電網(wǎng)中存在該特定頻率的諧波電流源，則該諧波將直接被放大嚴(yán)重時(shí)還會發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振。系統(tǒng)諧振將導(dǎo)致諧波電壓和電流明顯地高于在無諧振情況下出現(xiàn)的諧波電壓和電流。２．１諧波與并聯(lián)諧振??當(dāng)電網(wǎng)中的諧波主要由非線性用電負(fù)荷產(chǎn)生時(shí)，此時(shí)的諧波源可看作一個(gè)很大的電流源，其產(chǎn)生的諧波電流加在系統(tǒng)感抗和電容器的容抗之間，形成并聯(lián)回路（如圖１所示）。?

5、??由圖可見，流入電容器支路的ｎ次諧波電流為：??由式（１）可看出：當(dāng)電網(wǎng)阻抗和電容器阻抗相等時(shí)，即：時(shí)，將形成并聯(lián)諧振。此時(shí)，即使系統(tǒng)中的ｎ次諧波電流不大，流入電容器的ｎ次諧波電流也將會很大（理論上為無窮大，實(shí)際上由于存在電阻諧波電流為一很大的有限值），被放大的諧波電流流經(jīng)電容器時(shí)可導(dǎo)致其內(nèi)部組件過熱而出現(xiàn)故障。２．２諧波與串聯(lián)諧振??當(dāng)上一級電網(wǎng)系統(tǒng)電壓波形嚴(yán)重畸變時(shí)此時(shí)的諧波源相當(dāng)于一個(gè)很大的電壓源。諧波電壓將在變壓器的感抗和電容器的容抗間形成串聯(lián)回路（如圖２所示）。當(dāng)感抗和容抗相等時(shí)?熏將形成串聯(lián)諧振。此時(shí)諧波電壓將在

6、串聯(lián)回路上形成強(qiáng)大的電流直接流經(jīng)補(bǔ)償電容器使電容器因過流而迅速故障。??由以上分析可見在有諧波背景的供電系統(tǒng)中單獨(dú)使用電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)若發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振大部分諧波電流將流入電容器組中而導(dǎo)致其迅速產(chǎn)生故障。為了避免上述情況的發(fā)生就必須尋求新的能同時(shí)實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償和諧波治理的裝置。３能同時(shí)實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償與諧波治理的裝置３．１無源濾波器??在有諧波背景的電網(wǎng)中，為了濾除諧波，就要為諧波提供一條釋放路徑即保留基波而使諧波短路也就是使諧波通過濾波器直接流回諧波源而不注入系統(tǒng)。為此，可采用一種ＬＣ無源濾波器，常用的是單調(diào)諧濾波器，它

7、由適當(dāng)數(shù)值的電容、電感和電阻組合而成（如圖３ａ所示）。通過設(shè)置參數(shù)，使得在需要濾除的諧波頻率上裝置的感抗和容抗相等而抵消?熏即在調(diào)諧頻率上濾波器呈現(xiàn)低阻抗，這樣該頻次諧波就可順利通過濾波器并返回諧波源，從而達(dá)到濾除諧波的目的。而對于非調(diào)諧的基波和其它次諧波濾波器則呈現(xiàn)高阻抗，帶來的影響很小。除了上述針對某次諧波頻率而設(shè)置的濾波器外常用的還有一種高通濾波器如圖３ｂ所示，它對于某一頻率以后的所有頻率都呈現(xiàn)低阻抗，可濾除多種高次諧波。在實(shí)際工程應(yīng)用中，根據(jù)供電系統(tǒng)中諧波的組成成份往往設(shè)置兩組ＬＣ濾波器，一組為單調(diào)諧濾波器用來濾除含量

8、較大的某次諧波；另一組為高通濾波器可對高次諧波實(shí)現(xiàn)減幅。??上述調(diào)諧濾波器實(shí)現(xiàn)起來非常簡單，就是在原來并聯(lián)電容器的支路上串接一個(gè)適當(dāng)大小的電抗器。此時(shí)，整個(gè)補(bǔ)償電容器支路對諧波源基波仍呈容性保持其無功補(bǔ)償作用不變。而對高次諧波補(bǔ)償支路則呈感性避免了與系統(tǒng)形成電流諧振消除或減小