電力諧波產(chǎn)生及抑制技術(shù)分析

馮祥　朱敏杰

摘 要：隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，電氣設(shè)備需求量的日益增加對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性以及電能質(zhì)量提出了新的挑戰(zhàn)。但是電力電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，卻帶來了電力諧波公害問題。本文針對(duì)諧波危害產(chǎn)生的原因以及抑制方法進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：諧波危害；諧波測(cè)量；抑制措施

一、電力系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生原因

現(xiàn)在電網(wǎng)中越來越多使用非線性負(fù)載，例如變換頻率的設(shè)備、環(huán)流裝置等。這給系統(tǒng)帶來了很多的諧波問題，諧波還可通過電網(wǎng)進(jìn)入用戶端，危害更加廣泛。總的來說，電網(wǎng)中電壓和電流諧波產(chǎn)生主要有兩個(gè)途徑：一是R、L、C元件的非線性；另一個(gè)是頻繁使用的電力電子裝置。

諧波源就是會(huì)產(chǎn)生諧波電流或電壓的電力電子裝置，如那些非線性特性的設(shè)備。電網(wǎng)中諧波源有兩種：電壓源型和電流源型。

（1）發(fā)電機(jī)就是一個(gè)典型的電壓源型諧波源。它由于本身結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱，或者氣隙的不均勻，就極易產(chǎn)生諧波，并入網(wǎng)中。旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)就是公認(rèn)的電壓諧波源。諧波電壓源很多，如整流換流設(shè)備、非線性的家用設(shè)備等都能產(chǎn)生大量的諧波。

（2）電力電子眾多設(shè)備中，能使交流變直流，直流變交流的設(shè)備運(yùn)用最為廣泛。

二、諧波測(cè)量技術(shù)

測(cè)量電網(wǎng)中諧波的次數(shù)和觀察諧波在系統(tǒng)中的具體情況，這可以對(duì)抑制諧波，減少甚至消除諧波危害有很大的幫助。對(duì)諧波的測(cè)量包括對(duì)波形的測(cè)量、對(duì)頻譜的研究和對(duì)該諧波波形畸變率的測(cè)量。能測(cè)量出的諧波的頻率是1-40次左右，相當(dāng)于50-2000Hz。

1.采用模擬帶通或帶阻濾波器的檢測(cè)方法

模擬濾波器是最早用來檢測(cè)諧波相關(guān)數(shù)據(jù)的設(shè)備，先將輸入信號(hào)放大。然后把該信號(hào)送進(jìn)一組有并行聯(lián)結(jié)的帶通濾波器。該模擬濾波器的中心頻率f1、f2、…、fn是不變的，都是工頻的整數(shù)倍，并且f1

2.基于小波變換的諧波檢測(cè)方法

小波分析作為一種比較新穎的技術(shù)，在檢測(cè)諧波方面有了不錯(cuò)的應(yīng)用。電網(wǎng)電路中會(huì)產(chǎn)生高次諧波，并通過小波變換，將它映射到不同尺碼上，隨即會(huì)顯著地顯示出奇異高次諧波信號(hào)的特性。尤其是小波包還會(huì)將得到的信號(hào)再一次細(xì)分，這樣更有助于諧波分析。首先將諧波電流進(jìn)行正交分解，將信號(hào)分解為各個(gè)方向上的，以方便分析比較和處理。然后我們可以把低頻段的信號(hào)看作是基波分量，這樣子不會(huì)太影響結(jié)果，又可以簡(jiǎn)化分析。

三、電力諧波抑制技術(shù)分析

根本抑制和阻止電力系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生，就應(yīng)該從產(chǎn)生諧波的諧波源的設(shè)備，即電力電子設(shè)備開始。解決諧波污染問題一般有兩種方法：一是主動(dòng)型，就是改進(jìn)對(duì)電力電子設(shè)備（即諧波源）本身的設(shè)計(jì)，從而減少或消除諧波的產(chǎn)生，而且還可以提高功率因數(shù)；二是被動(dòng)型，就是給電路增加濾波器，吸收諧波，減少諧波傳播，比如在電網(wǎng)中增設(shè)無源濾波器或在設(shè)備的電網(wǎng)側(cè)增設(shè)有源濾波器。本文圍繞應(yīng)用范圍較廣的主動(dòng)型電力諧波抑制技術(shù)展開介紹。

1.多脈整流及準(zhǔn)多脈整流

幾百千瓦以上的大容量電力電子設(shè)備，老用12脈或24脈變流器來減小諧波電流。脈數(shù)增多，這明顯會(huì)帶來一些好處，比如電網(wǎng)中電流諧波含量會(huì)減少，波形也變得不那么畸形，諧波產(chǎn)生也越少。但與此同時(shí)，也會(huì)存在一些問題，如脈數(shù)越多，則設(shè)備的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，連線也越麻煩，設(shè)備造價(jià)也越高。所以脈數(shù)并不是越高越好，而是要考慮方方面面。

2.利用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)

PWM技術(shù)的工作原理就是在一個(gè)周期內(nèi)，將直流電壓調(diào)制成同樣大小但是不同樣寬度的交流電壓，并且輸出端口，從而減少諧波。其實(shí)就是說，只要控制調(diào)制后的交流電壓的波形，能保證每1/2波和1/4波是對(duì)稱的。并且使這些波的大小和那些經(jīng)傅里葉變換后需要消除的諧波一樣，相位差180度，這樣子就可以達(dá)到消除諧波的效果。PWM技術(shù)就是可以讓諧波頻譜往高頻移動(dòng)，有效抑制諧波的傳播，提高網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)。但因?yàn)镻WM諧波信號(hào)經(jīng)過調(diào)制后會(huì)有高次諧波，這有可能會(huì)對(duì)空間產(chǎn)生輻射和電磁干擾。

3.利用多重化技術(shù)

各個(gè)方案都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，將各個(gè)方案結(jié)合起來實(shí)施，使各方案優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，這將成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。比如，SPWM技術(shù)，這是結(jié)合了移相技術(shù)和PWM的優(yōu)點(diǎn)，這更多的是用于大功率設(shè)備上。因?yàn)椴粌H它選取了多重化以及PWM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，而且每個(gè)的開關(guān)頻率比較低。

四、結(jié)語

本文分析了諧波的成因，接下來又闡述了測(cè)量諧波的兩種主要方法：采用模擬帶通或帶阻濾波器的檢測(cè)方法及基于小波變換的諧波檢測(cè)方法。最后根據(jù)產(chǎn)生諧波的裝置，將抑制諧波的方法分為兩種：主動(dòng)型以及被動(dòng)型諧波抑制技術(shù)，并且圍繞主動(dòng)型技術(shù)展開了詳細(xì)的介紹。

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