學習心得
在國際電工標準中定義,諧波為一週期量的正弦波分量,其頻率為基波頻率的整倍數.在用電裝置與電力裝置急劇增加的同時,也給電網注入了大量的諧波,造成了很多危害,必須引起我們的高度重視。
1 諧波的產生
諧波的產生來自於3個方面： 發電源質量不高輸 ，配電系統，用電裝置。
1) 相控閘流體整流裝置.
當閘流體整流裝置採用移相控制時,從電網吸收的是缺角的正弦波,從而給電網留下的也是另一部份缺角的正弦波.經統計表明:由整流裝置產生的諧波佔所有諧波的近40%.
2) 變頻裝置.
變頻裝置由於採用了相位控制,除含有整次諧波外,還含有分數次諧波.
3) 電弧爐.
從電弧爐電流的表示式可看出,電弧爐是乙個典型的諧波源.
4) 螢光燈等氣體放電類光源及家用電器.
它們均給電網帶來奇次諧波電流.
2 諧波的危害
1 對供配電線路的危害
2 對電力裝置的危害
1) 對變壓器的危害.
諧波使變壓器的銅耗、鐵耗及雜訊增大.
2) 對電力電纜的危害.
由於諧波次數高頻率上公升,再加之電纜導體截面積越大,集膚效應越明顯,從而導致導體的交流電阻增大,使得電纜的允許通過電流減小。
3) 對電動機的危害.
諧波使電動機的附加損耗增加,效率降低.
4) 對低壓開關的危害.
對配電用斷路器而言,全電磁型的斷路器易受諧波電流的影響使鐵耗增大而發熱;電子型的斷路器,諧波也使額定電流降低.
5) 對弱電系統裝置的干擾.
對於計算機網路、通訊、有線電視、報警與樓宇自動化等弱電裝置,諧波通過電磁感應、靜電感應與傳導方式耦合到這些系統中,產生干擾。
公用電網中的諧波產生
1 電源本身以及輸配電系統產生的諧波。
由於發電機三相繞組在製作上很難做到絕對對稱,鐵心也很
難做到絕對均勻一致等製造和結構上的原因,使得電源在發出基波電勢的同時也會產生諧波電勢,但由於其值很小,一般在分析電力系統諧波問題時可以忽略。在輸181配電系統中則主要是變壓器產生諧波,由於其鐵芯飽和時,磁化曲線呈非線性,相當於非線性器件,飽和程度越深波形畸變也就越嚴重,再加上設計時出於經濟性考慮,使磁性材料工作在磁化曲線的近飽和區段,從而產生諧波電流。電源和輸配電系統雖然產生諧波,但這兩方面產生的諧波所佔的比例一般都很小。
2 電力系統負荷端大量的大功率換流裝置和調壓裝置的廣泛應用產生的諧波。
如螢光燈、電弧爐、變頻裝置、家用電器等。這些用電裝置具有非線性特徵,即使供給的是標準的正弦波電壓,也會產生諧波電流注入系統,給電網造成大量的諧波,甚至會因為引數配置問題使得區域性區域產生放大,由用電裝置產生的諧波所佔比例很大,是電網主要的諧波源。
諧波源的種類
帶平波電抗器或直流電機負載的閘流體相控整流裝置是最早出現的電力電子型諧波源,這種諧波源一般被當作電流型諧波源,其濾波器設計可以採用無源支路和系統進行分流的方法來進行優化和計算。
隨著電力電子技術的發展,出現了一類整流橋後面併聯乙個大的濾波電容的負載,這類負載在家用電器和變頻器等領域得到了廣泛的應用。雖然這種諧波源單個容量並不大,但是當大量使用時(如變頻器群)也會產生很大的諧波干擾。這類非線性負載一般被當作電壓型諧波源。
諧波的檢測和分析方法
對電力系統諧波問題的研究涉及面很廣,如諧波源分析、諧波檢測、畸變波形分析、諧波抑制等,其中很重要的乙個方面就是諧波的檢測,它是解決其他諧波問題的基礎。但由於電力系統的諧波受到隨機性、非平穩性、分布性等多方面因素影響,要進行實時準確的檢測並不容易,因此,隨著交流電力系統的發展,也逐漸形成了多種諧波檢測方法,如模擬濾波、基於傅氏變換的頻域分析法、基於瞬時無功功率理論的檢測方法、小波變換、神經網路等。
電網的無功補償與諧波治理
由於大量非線性電力負荷的增加，給電網的正常執行帶來了功率因數降低、電磁干擾和諧波汙染的問題。功率因數過低，將會導致大量的電能浪費、裝置利用率降低和電壓偏差過大等；諧波電流的存在，則會引起波形畸變、電力裝置基波負載容量下降和電力裝置產生諧振等嚴重問題，有的電力系統甚至引起電力裝置損壞事故。
近幾年我國電力發展突飛猛進，電力系統的結構日益復
雜，大量的非線性電力負荷投入電力系統中，給電力系統的正常執行帶來了一系列的問題，其中最為嚴重的就是功率因數降低、電磁干擾和諧波汙染三大公害。
在併聯裝置中，除了超高壓併聯電抗器之外，主要用來對電網的容性或感性無功功率進行調節。就電力網而言，無功補償既可以補高壓側，也可以補低壓側。對一般使用者而言，在低壓側補償將可以降低投資、減少能量損耗、有效提公升負載端電壓，所以電容器補償裝置通常安裝在接近負載端，以提高無功補償的經濟效益。
據統計，無功補償在合理設計和安裝後，可以使電網增容與其他補償方法相比，低壓併聯電容器組的方式是一種投資少、見效快、收益高、切實可行、且能較大幅度降低線損和提高電能質量的有效途徑。
從無功補償的內容來看，又可分為兩個大類，一類是依照負荷大小僅僅自動補償無功分量；另一類則是除了補償無功分量之外，還兼有諧波抑制或脫諧功能，這是因為無功補償與諧波干擾通常是同
時出現的。高頻負荷和非線性負載會使電網中的諧波含量劇增，裝在電網低壓側的電力電容器極易因變壓器感抗及剩餘電網的電感發生諧振而產生很高的電流，造成供電迴路過載、電容器燒毀和投切開
關損壞等事故。所以，在無功補償的同時，必須考慮諧波治理的措施。
無功補償與諧波治理是電力系統中廣泛涉及的話題，無功不平衡與諧波危害的故障經常出現，合理選擇電網的無功補償與諧波治理方案，是當前電力系統中經常面對的問題。選擇合理的補償方案相
當重要，無功補償與諧波治理必須同時進行、細緻分析、綜合考慮及因地制宜。如何提高供電質量以及電網執行的安全性和經濟性，需要在理論與實際、技術與經濟各方面不斷探索。
諧波的抑制
1 電源諧波的治理
隨著電力汙染問題日益嚴重,各國紛紛出台治理措施和相關標準,對產生電力汙染的裝置提出明確的限制.ieee-519-1992就是應這樣的需要而制定的.這個標準最初是由使用者和供電部門聯合發起制定的,旨在限制過電壓和配電系統中的電流畸變.
諧波畸變的測試點被稱為耦合點或pcc,該點通常位於計量電表處.標準規定在耦合點處,單次諧波電壓畸變率允許值為基波電壓的3%.一方面這可以滿足計量電表的精度,另一方面能保證使用者系統中負載引起的諧波問題對公用供電系統的影響在可接受的範圍.
對於現有供電網路或待建電網中的電力汙染情況,解決的方法有兩個:一是區域性重組電網結構,分離或隔離產生電力汙染的裝置;二是使用電源淨化濾波裝置進行治理,有效地抑制電流諧波就會使電
壓畸變達到要求的範圍.
電源諧波的治理主要有以下手段.
1) 無源濾波.
無源濾波裝置是指由無源器件(電感、電容、電阻)構成的諧波治理和無功補償裝置它一般由若干個無源濾波器併聯而成,每個濾波器在乙個或兩個諧波頻率附近或者在某乙個頻帶內呈現低阻抗,吸收相應的諧波電流,從而使電網中的諧波電流減少,達到抑制諧波的目的.
2) 串聯電抗器.
為避免電容因諧波電流造成本身的損壞與電網諧波擴大,常採用串聯電抗器的方法來抑制諧波.串聯電抗器是根據檢測出的諧波情況恰當選擇串聯電抗器的百分電抗值(電抗器的感抗值xl與電容器的容抗值xc之比的百分數).
3) 有源濾波.
有源濾波採用模擬和數字邏輯電路對有諧波的系統進行電流檢測和電流注入.具體做法是將有源濾波器與乙個含諧波的負荷併聯連線,該有源濾波器產生的諧波電流與負荷產生的諧波電流大小相同相位相反,因此電源僅提供負荷基波電流。
4) 增加整流裝置的相數.
5）其它措施
高次諧波對三相變壓器的影響取決於變壓器繞組的接線方式。對於星/星(y,y)接線,相電流間的不平衡結果會使星形中性點位移,使相線對中性線的電壓不相等,3n倍的諧波電流在原邊及付邊的相線對中性線的電壓上均造成諧波電壓並使中性點的電壓脈動.在三角形/星形(d,y)變壓器裡,不平衡電流和3n諧波電流在原邊繞組內迴圈流動而不會傳到電源系統中去。
結束語 隨著電力電子裝置的廣泛應用,電力系統中的諧波分量增大,諧波次數增多,給供配電線路、電力裝置等帶來危害.抑制諧波有多種辦法,無源濾波及串聯電抗器雖然濾波效果不很理想,但簡單便宜,仍在應用;有源濾波提供一種最有效的從電網中清除諧波的方式,可濾去諧波的次數高達50次,但**較貴.另外,將電力變壓器的接線組別接成(d,yn11)以及增加整流裝置的相數均能抑制諧波汙染.
隨著經濟的發展及高新技術產品對高質量電能的普遍要求,建設綠色電網將會提到更重要的日程,抑制諧波汙染已成為人們的共同奮鬥目標。
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