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电力系统出现谐波的原因及其防治

更新时间:2016-01-05 点击数:797

      原因:所谓谐波是指一个周期电气量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍,通常也称之为高次谐波。

  谐波主要由谐波电流源产生:当正弦基波电压施加于非线性设备时,设备吸收的电流与施加的电压波形不同,电流因而发生了畸变,由于负荷与电网相连,故谐波电流注入到电网中,这些设备就成了电力系统的谐波源。系统中的主要谐波源可分为两类:含半导体的非线性元件,如各种整流设备、变流器、交直流换流设备、PWM变频器等节能和控制用的电力电子设备;含电弧和铁磁非线性设备的谐波源,如日光灯、交流电弧炉、变压器及铁磁谐振设备等。

  防治:

  降低谐波源的谐波含量

  也就是在谐波源上采取措施,最大限度地避免谐波的产生。这种方法比较积极,能够提高电网质量,可大大节省因消除谐波影响而支出的费用。具体方法有:

  1增加整流器的脉动数

  整流器是电网中的主要谐波源,其特征频谱为:n=Kp±1,则可知脉冲数p增加,n也相应增大,而In≈I1/n,故谐波电流将减少。因此,增加整流脉动数,可平滑波形,减少谐波。

  2 脉宽调制法

  采用PWM,在所需的频率周期内,将直流电压调制成等幅不等宽的系列交流输出电压脉冲可以达到抑制谐波的目的。

  3三相整流变压器采用Y/Δ或Δ/Y的接线

  这种接线可消除3的倍数次的高次谐波,这是抑制高次谐波的最基本的方法。

  2 在谐波源处吸收谐波电流

  这类方法是对已有的谐波进行有效抑制的方法,这是目前电力系统使用最广泛的抑制谐波方法。主要方法有以下几种:

  1 无源滤波器

  无源滤波器安装在电力电子设备的交流侧,由L、C、R元件构成谐振回路,当LC回路的谐振频率和某一高次谐波电流频率相同时,即可阻止该次谐波流入电网。由于具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点,无源滤波是目前采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。但无源滤波器存在着许多缺点,如滤波易受系统参数的影响;对某些次谐波有放大的可能;耗费多、体积大等。因而随着电力电子技术的不断发展,人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器

  2 有源滤波器

  早在70年代初期,日本学者就提出了有源滤波器APF(Active Power Filter)的概念,即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流,使电源的总谐波电流为零,达到实时补偿谐波电流的目的。

  与无源滤波器相比,APF具有高度可控性和快速响应性,能补偿各次谐波,可抑制闪变、补偿无功,有一机多能的特点;在性价比上较为合理;滤波特性不受系统阻抗的影响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险;具有自适应功能,可自动跟踪补偿变化着的谐波。目前在国外高低压有源滤波技术已应用到实践,而我国还仅应用到低压有源滤波技术。随着容量的不断提高,有源滤波技术作为改善电能质量的关键技术,其应用范围也将从补偿用户自身的谐波向改善整个电力系统的电能质量的方向发展。

  3 防止并联电容器组对谐波的放大

  在电网中并联电容器组起改善功率因数和调节电压的作用。当谐波存在时,在一定的参数下电容器组会对谐波起放大作用,危及电容器本身和附近电气设备的安全。可采取串联电抗器,或将电容器组的某些支路改为滤波器,还可以采取限定电容器组的投入容量,避免电容器对谐波的放大。

  4 加装静止无功补偿装置

  快速变化的谐波源,如:电弧炉、电力机车和卷扬机等,除了产生谐波外,往往还会引起供电电压的波动和闪变,有的还会造成系统电压三相不平衡,严重影响公用电网的电能质量。在谐波源处并联装设静止无功补偿装置,可有效减小波动的谐波量,同时,可以抑制电压波动、电压闪变、三相不平衡,还可补偿功率因数。

  3 改善供电环境

  选择合理的供电电压并尽可能保持三相电压平衡,可以有效地减小谐波对电网的影响。谐波源由较大容量的供电点或高一级电压的电网供电,承受谐波的能力将会增大。对谐波源负荷由专门的线路供电,减少谐波对其它负荷的影响,也有助于集中抑制和消除高次谐波。


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