變電系統(tǒng)諧波問(wèn)題淺析及其治理研究

佟析霖

【摘 要】現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子裝置的種類(lèi)及數(shù)量逐步增多，電力系統(tǒng)的發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的非線性負(fù)荷的接入，其也給電力系統(tǒng)帶來(lái)了嚴(yán)重的諧波污染。諧波的危害在于不僅會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損耗、加速絕緣老化，情況嚴(yán)重或者諧波的危害長(zhǎng)期存在甚至?xí)霈F(xiàn)諧波穿透絕緣構(gòu)件的情況，損壞相關(guān)設(shè)備，繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)故障的概率也會(huì)大大提高，包括自動(dòng)裝置誤動(dòng)、拒動(dòng)等，其對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的正常工作也有一定的影響。本文簡(jiǎn)單闡述了變電系統(tǒng)的情況、諧波的危害，并有針對(duì)性的提出了幾點(diǎn)諧波治理意見(jiàn)，包括無(wú)源交流濾波、有源交流濾波器，分析了諧波治理的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】變電系統(tǒng)；諧波；危害；問(wèn)題；治理；分析

0.前言

為了適應(yīng)電力事業(yè)的發(fā)展，便于管理，電網(wǎng)中的各項(xiàng)設(shè)備也逐漸增多。良好的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其提供的電壓具有正弦波形，但是電網(wǎng)在實(shí)際的運(yùn)行中會(huì)受到某些因素的干擾，出現(xiàn)波形偏離的狀況，該現(xiàn)象即為諧波。其出現(xiàn)的根本原因與電網(wǎng)的發(fā)展有緊密的聯(lián)系?，F(xiàn)代電網(wǎng)中設(shè)置了較多的非線性阻抗特性的電氣設(shè)備，在供電運(yùn)行時(shí)，即造成了諧波的出現(xiàn)?，F(xiàn)代我國(guó)工業(yè)用電中的諧波一般為50赫茲，而供電系統(tǒng)中的諧波一般是指高次諧波，其會(huì)直接引起供電系統(tǒng)的電力或者電力波形出現(xiàn)異常變化，降低供電質(zhì)量。

1.變電系統(tǒng)諧波的概況

現(xiàn)代電網(wǎng)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)管理也有了更多更高的要求，電子技術(shù)的發(fā)展，研制出了各種電子設(shè)備，有效的提高了電能的利用率，但是該類(lèi)電力電子設(shè)備中也包括直流輸電用的換流器、電弧煉鋼爐、變頻器、可控硅整流設(shè)備、調(diào)壓設(shè)備等。上述設(shè)備均為非線性負(fù)荷型的設(shè)備，其會(huì)直接導(dǎo)致電壓或者電流的波形出現(xiàn)異常變化，即為諧波。電網(wǎng)會(huì)受到該類(lèi)諧波的干擾，因此上述設(shè)備則是諧波源。諧波污染的范圍隨著非線性負(fù)荷型設(shè)備的廣泛使用而廣泛的存在于電網(wǎng)中，影響了電網(wǎng)的整體運(yùn)行性能。因此對(duì)其進(jìn)行研究，并探索治理措施是十分有必要的[1]。

2.諧波的危害

電力諧波的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①諧波能夠影響繼電保護(hù)裝置的判斷，影響到其正常工作，甚至導(dǎo)致自動(dòng)裝置的拒動(dòng)或者誤動(dòng)，降低電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性；②變壓器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)或者其他設(shè)備也會(huì)受到諧波的影響，增加該類(lèi)設(shè)備的附加損耗，設(shè)備運(yùn)行時(shí)溫度會(huì)升高，而出現(xiàn)絕緣迅速老化現(xiàn)象，減少設(shè)備的使用壽命；③諧波能夠利用電容調(diào)和及電磁感應(yīng)對(duì)于其周?chē)耐ㄓ嵲O(shè)備產(chǎn)生干擾，使之無(wú)法正常通信；④在電力系統(tǒng)中常用的感應(yīng)式電能表會(huì)由于諧波的影響，計(jì)量的準(zhǔn)確度降低，加深誤差程度；⑤諧波會(huì)導(dǎo)致某些新型的設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行，而阻礙先進(jìn)技術(shù)的推廣應(yīng)用。

3.諧波治理措施

電網(wǎng)的發(fā)展，為了對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行更好的管理，各項(xiàng)電子設(shè)備的數(shù)量不斷提高，其帶來(lái)的諧污染也逐漸嚴(yán)重?，F(xiàn)代對(duì)于諧波的治理一般使用兩種措施，一種是主動(dòng)方式，即選擇脈沖調(diào)制方法，包括寬脈沖調(diào)制 PwM，正弦脈沖調(diào)等，并配合電力電子設(shè)備的關(guān)斷特性，將電子裝置進(jìn)行適當(dāng)改良，優(yōu)化性能，減少或者消除該類(lèi)設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)的諧波。另外一種是被動(dòng)方式，即在電網(wǎng)中添加補(bǔ)償裝置，該類(lèi)裝置的作用在于其能夠?qū)⒅C波吸收，或者對(duì)于的傳播起到限制作用，且具有適用性強(qiáng)的特點(diǎn)。由于電子裝置在完成工作任務(wù)的過(guò)程中，其本身的性能已經(jīng)被限定，對(duì)其進(jìn)行改造的空間較小，現(xiàn)代常用是方式即為被動(dòng)型方式，將其中加入諧波補(bǔ)償裝置，因此對(duì)其的研究時(shí)十分有必要的。在進(jìn)行諧波補(bǔ)償時(shí)需要使用的濾波器根據(jù)類(lèi)型的不同，又可以分為無(wú)源交流濾波和有源交流濾波器，具體內(nèi)容如下：

3.1無(wú)源交流濾波

3.1.1無(wú)源濾波器由電容器概況

無(wú)源濾波器的主要構(gòu)成部分包括電容器、電抗器及由電阻構(gòu)成的諧振裝置，其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，日常維護(hù)是也較為便捷。其與產(chǎn)生諧波的設(shè)備進(jìn)行并聯(lián)，一般造成諧波污染的設(shè)備并不單一，濾波裝置中需要包括數(shù)量不等的單調(diào)諧濾波器和高通濾波器，其中一組單調(diào)濾波器的諧振頻率即能夠治理一種相應(yīng)的諧波頻率，合理選擇濾波裝置的各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到治理諧波的效果[2]。

3.1.2無(wú)源交流濾波參數(shù)選擇原則

在無(wú)源交流濾波使用的過(guò)程中需要合理設(shè)置相關(guān)參數(shù)，保障其治理諧波的效果，主要遵循以下幾個(gè)原則：①避免無(wú)源濾波器與系統(tǒng)連接后出現(xiàn)串聯(lián)諧振；②應(yīng)保障裝置與諧波源不會(huì)產(chǎn)生并聯(lián)諧振；③錄播組需要具有較強(qiáng)的無(wú)功補(bǔ)償容量；④如果電源頻率出現(xiàn)波動(dòng)，但是保持在一定范圍內(nèi)，濾波器依然可以保持正常的運(yùn)行。

3.2有源交流濾波器

3.2.1有源交流濾波器概況

以往在諧波補(bǔ)償裝置的使用上，一般應(yīng)用無(wú)源濾波器，但是因?yàn)闊o(wú)源濾波器存在較多固有缺陷，如體積較大，濾波效果也不甚理想，而現(xiàn)代科技的發(fā)展，有源電力濾波器的出現(xiàn)，為諧波的治理提供了新的思路，在現(xiàn)代電網(wǎng)中得到了較多的應(yīng)用與發(fā)展。電力有源濾波器能夠有效的進(jìn)行諧波的動(dòng)態(tài)抑制，并能夠?qū)嵤o(wú)功補(bǔ)償。其由電力電子元件構(gòu)成，其利用諧波及無(wú)功能夠迅速的對(duì)諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，掌握諧波的變化動(dòng)態(tài)，并及時(shí)進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，還可以電力技術(shù)實(shí)施實(shí)時(shí)補(bǔ)償[3]。能夠有效地治理諧波污染，相較無(wú)源濾波器，其效果更好，且不容易受到系統(tǒng)阻抗的干擾，但是其也存在一些固有的缺陷和不足之處，包括投入成本較高、單一設(shè)備的補(bǔ)償容量較低、高次諧波的治理效果不佳等。

3.2.2有源交流濾波器基本原理及分類(lèi)

有源濾波器的基本工作原理是，先對(duì)無(wú)功補(bǔ)償?shù)膶?duì)象進(jìn)行全面的檢測(cè)，包括電流及電壓等，通過(guò)諧波和無(wú)功電流檢測(cè)電路后，計(jì)算得出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)。補(bǔ)償電流出現(xiàn)的線路會(huì)將該指令信號(hào)放大，因此獲得補(bǔ)償電流，其可以有效的抵消負(fù)載電流中需要補(bǔ)償?shù)闹C波及無(wú)功等電流，從而獲得理想的電源電流。根據(jù)其各種不同性質(zhì)，有源濾波器基本可以分為電壓型有源交流濾波器利電流型有源交流濾波器；而根據(jù)實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償對(duì)象的不同，又可以分為并聯(lián)型有源交流濾波器及串聯(lián)型有源交流濾波器，其中并聯(lián)型有源交流濾波器的應(yīng)用較為廣泛[4]。

3.2.3快速發(fā)展的原因

有源濾波在現(xiàn)代電力事業(yè)中的應(yīng)用逐步擴(kuò)大，其能夠得到迅速發(fā)展的原因包括以下兩點(diǎn)：①瞬時(shí)無(wú)功功率理論。瞬時(shí)無(wú)功功率理論的出現(xiàn)，三相系統(tǒng)中對(duì)于畸變電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，需以瞬時(shí)無(wú)功功率理論作為其理論依據(jù)；②大功率可關(guān)斷器件?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，使得大功率可關(guān)斷器件得到了較為深入的研究，其應(yīng)用也逐漸廣泛，其種類(lèi)較為豐富，包括大功率門(mén)極可關(guān)斷晶閘管、場(chǎng)控晶閘管、絕緣柵雙極晶體管等，其能夠促使逆變器產(chǎn)生的電壓或者電流功率更大。

3.3發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展，對(duì)于諧波治理的要求更高，但是新型的電力有源濾波器存在一定的缺陷，包括經(jīng)濟(jì)成本投入較大、單機(jī)的補(bǔ)償容量有效等，因此可以將電力有源濾波器與無(wú)源濾波器有機(jī)結(jié)合，發(fā)揮出二者各自的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行諧波的治理。在治理的過(guò)程中，二者的作用也有所區(qū)別，無(wú)源電力濾波器的主要作用是濾除諧波電流，有源濾波器的作用則是強(qiáng)化諧波濾除的效果，并避免出現(xiàn)串聯(lián)諧振的問(wèn)題。該系統(tǒng)相較兩種單獨(dú)的濾波裝置，很好的彌補(bǔ)了其不足之處，成為今后諧波治理的有效方式及發(fā)展趨勢(shì)。

4.總結(jié)

現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展給人們的生活帶來(lái)了方便，也促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。各項(xiàng)設(shè)備的出現(xiàn)及應(yīng)用也為電網(wǎng)的管理及運(yùn)行提供了可靠的保障。但是在另一方面，其也帶來(lái)了許多問(wèn)題，其中電力諧波即為比較嚴(yán)重的問(wèn)題，其直接的影響到供電質(zhì)量，因此需要對(duì)電力諧波采取措施進(jìn)行治理。本文僅從一般的角度分析了諧波的基本情況及危害，并提出了幾點(diǎn)治理意見(jiàn)，在電網(wǎng)的實(shí)際管理中，還需要管理人員全面掌握電網(wǎng)的構(gòu)成、特點(diǎn)、規(guī)模、所設(shè)置的設(shè)備等，探索出適合實(shí)際情況的治理措施，提高供電質(zhì)量、用電的安全性及穩(wěn)定性，保障人們的生活質(zhì)量，促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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