關(guān)于電力網(wǎng)諧波若干問題的研究論文
[關(guān)鍵詞]諧波 電力網(wǎng) 電力網(wǎng)諧波 電能 供用電設(shè)備
[摘要]隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，非線性負(fù)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(zhì)量，增加附加損耗，降低電網(wǎng)可靠性，影響供用電設(shè)備的正常工作，甚至損害設(shè)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(nóng)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(zhì)量及供電可靠性的要求也越來越高。同時(shí)隨著我國冶金、化學(xué)工業(yè)及鐵路交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，電力系統(tǒng)中的諧波問題也日趨嚴(yán)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(shè)備出現(xiàn)許多異�，F(xiàn)象和故障，產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害和影響。對其進(jìn)行有效的抑制，已成為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行工作的重要內(nèi)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(gè)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(shí)際的供電系統(tǒng)中，由于具有非線形阻抗特性的用電設(shè)備(即非線性負(fù)荷)的存在，當(dāng)流過的電流與施加的電壓不呈線性關(guān)系時(shí)．就形成非正弦電流。任何周期性波形均可分解為一個(gè)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(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。
三、諧波的危害
�。ㄒ唬┯芍C波電流和電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩可造成電機(jī)震動，當(dāng)電機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)的自然頻率在受到上述轉(zhuǎn)矩的激發(fā)而可能引起共振時(shí)，則會損壞電機(jī)設(shè)備，危及人身安全。
�。ǘo功補(bǔ)償電容與電力系統(tǒng)中的電感構(gòu)成了局部電感、電容回路，它們的組合有時(shí)會對某次諧波電流起到放大作用，加劇了諧波危害。當(dāng)它們構(gòu)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(shí)，就會造成危險(xiǎn)的過電流和過電壓。
�。ㄈ⿲^電保護(hù)、自動控制裝置和計(jì)算機(jī)產(chǎn)生干擾和造成誤動作。因保護(hù)和控制設(shè)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(shè)計(jì)的，諧波使正常工作條件受到干擾，嚴(yán)重時(shí)將造成誤動或拒動，而引起和擴(kuò)大事故。
�。ㄋ模┯绊憸y量儀表的精度，造成電能計(jì)量誤差。干擾通信線路的正常工作。
四、諧波抑制和檢測
�。ㄒ唬┨岣咧C波源負(fù)荷的供電電壓
當(dāng)本級電網(wǎng)容納不下諧波源負(fù)荷的諧波電流，造成電網(wǎng)諧波超出標(biāo)準(zhǔn)允許值時(shí)，可考慮改由高一級電網(wǎng)供電，把諧波源負(fù)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(shè)備無法正常工作，此時(shí)采用高一級電壓(35kV)的電網(wǎng)給諧波源負(fù)荷供電，就能避免這些問題。
�。ǘ┍苊獠⒙�(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(yīng)根據(jù)設(shè)備情況將并聯(lián)電容器組的串聯(lián)電抗器進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。例如，當(dāng)僅需要限制合閘涌流時(shí)，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(shí)，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(shí)，宜選用電抗率為12％-13％的電抗器。
�。ㄈ┚偷丶友b諧波補(bǔ)償裝置
1．在諧波源處裝設(shè)無源調(diào)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(bǔ)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(dá)到抑制諧波的目的。
3．加裝靜止無功補(bǔ)償裝置(SVC)，對系統(tǒng)、負(fù)荷無功功率進(jìn)行快速動態(tài)補(bǔ)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?yàn)檫咁l帶上的頻率是隨傳動裝置的速度而變化的，并且時(shí)常很接近于基波頻率。目前有源濾波器日益推廣應(yīng)用，它在工作時(shí)主動地注入一個(gè)電流來精確地補(bǔ)償由負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流，就會獲得一個(gè)純粹的正弦波。這種濾波設(shè)備的工作靠數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)來控制快速絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。因?yàn)樵O(shè)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。
�。ㄎ澹┗谛〔ㄗ儞Q檢測法
小波變換是近幾年掀起熱潮的一個(gè)國際前沿領(lǐng)域，它是在傅里葉變換的基礎(chǔ)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(xiàn)將小波變換應(yīng)用于電力系統(tǒng)電能質(zhì)量分析、故障檢測及繼電保護(hù)等方面，表明小波變換在電力系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。它主要利用正交小波在L2(R)空間線性張成的標(biāo)準(zhǔn)正交小波基和小波函數(shù)時(shí)域局部性的特點(diǎn)，將諧波時(shí)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(shí)變幅值的估計(jì)問題轉(zhuǎn)化為常系數(shù)估計(jì)，利用最小二乘法即可實(shí)現(xiàn)時(shí)變諧波的檢測。同時(shí)遞推最小二乘法的應(yīng)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(shí)際現(xiàn)場沒有證明它的可行性。在這方面還需要進(jìn)一步研究與探討。
五、總結(jié)
加強(qiáng)電能質(zhì)量管理，提高電能質(zhì)量，已經(jīng)成為電力系統(tǒng)廣泛關(guān)注的重要內(nèi)容之一。我們應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)的持續(xù)發(fā)展提供可靠的優(yōu)質(zhì)電源保證。
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