淺述供電系統(tǒng)諧波污染的危害及抑制實(shí)例

楊建農(nóng)

摘要：隨著當(dāng)前社會(huì)不斷發(fā)展與建設(shè)，人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活對(duì)電力提出了更高程度的需求，供電系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)，也受到了諧波污染的影響，造成整體供電質(zhì)量水平的下降。對(duì)此，本文就諧波污染的危害進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步探究在供電系統(tǒng)中抑制諧波污染的相關(guān)策略，以期能夠有效改善供電質(zhì)量，確保供電系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)作。

關(guān)鍵詞：供電系統(tǒng);諧波污染;危害;抑制

1、諧波污染的危害

1.1阻礙電氣系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)

供電系統(tǒng)在正常運(yùn)作的過(guò)程中若受到了諧波污染影響，將直接會(huì)對(duì)發(fā)電設(shè)備自身造成功率方面的損耗，導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程出現(xiàn)發(fā)熱等情況。當(dāng)電流波形過(guò)零點(diǎn)時(shí)，也將會(huì)造成開(kāi)斷難度增加，故障電流在切除處理時(shí)的時(shí)間也會(huì)隨之延長(zhǎng)。

1.2損耗供電線路

供電系統(tǒng)在受到諧波污染影響后，由于肌膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)，會(huì)提升貢獻(xiàn)線路中電阻的頻率，無(wú)法合理確保對(duì)電能的節(jié)約利用;若中性線在正常運(yùn)作時(shí)所流經(jīng)的電流很小，導(dǎo)線自身較細(xì)，當(dāng)諧波流過(guò)時(shí)會(huì)對(duì)供電線路造成損耗，引發(fā)一系列安全隱患問(wèn)題。

1.3引發(fā)電網(wǎng)中的諧振

通常情況下，供電系統(tǒng)中所裝設(shè)的各類電容器會(huì)比系統(tǒng)中的感抗要大，一般不會(huì)產(chǎn)生諧振，但由于諧波頻率出現(xiàn)時(shí)，感抗值會(huì)得到成倍的增加，使得容抗值成倍減少，這種情況下電網(wǎng)中極其容易出現(xiàn)諧振的現(xiàn)象，而諧振會(huì)將諧波電流進(jìn)一步擴(kuò)大，造成電容器等電力裝置設(shè)備受到損壞。

1.4影響自動(dòng)保護(hù)裝置

諧波的出現(xiàn)會(huì)影響到供電系統(tǒng)中繼電自動(dòng)保護(hù)裝置的正常運(yùn)作，儀表盤與電能計(jì)量在工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)一定程度的誤差，阻礙最終供電質(zhì)量效果。諧波同時(shí)也會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)周邊的環(huán)境造成干擾影響，降低通信信號(hào)質(zhì)量等，使得機(jī)械設(shè)備在加工運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)質(zhì)量降低，影響企業(yè)效益。

2、檢測(cè)諧波的原理與方式

為了有效補(bǔ)償和抑制負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，在檢測(cè)諧波前，需要對(duì)諧波所具備的成本與特點(diǎn)進(jìn)行深入了解，得以在進(jìn)行負(fù)載電流檢測(cè)過(guò)程中掌握諧波的分量，以下是幾種對(duì)諧波電流進(jìn)行檢測(cè)的原理與方式。

2.1帶阻濾波法

這種方式是當(dāng)前發(fā)展形勢(shì)下用于檢測(cè)諧波電流中最為簡(jiǎn)便的方式，其操作原理是先設(shè)計(jì)安置低阻濾波器，并將基波分量濾除，從而能夠獲取諧波電流總量。但由于這種檢測(cè)方式整體較為簡(jiǎn)單，且精細(xì)從而獲得總的諧波電流量。這種方法過(guò)于簡(jiǎn)單，在檢測(cè)結(jié)果的精確值上存在一定不足，一般情況下不會(huì)進(jìn)行采用，無(wú)法滿足諧波分析檢測(cè)工作的需要。

2.2帶通選頻法和FFT變換法

帶通選頻的方式會(huì)通過(guò)采用多個(gè)窄帶濾波器，并選出各次諧波分量，這種利用FFT變換的方式進(jìn)行諧波的檢測(cè)工作，是以數(shù)字信號(hào)處理來(lái)作為檢測(cè)基礎(chǔ)的，在具體檢測(cè)分析過(guò)程中，需要重視起對(duì)待測(cè)信號(hào)的采樣工作，掌握各次諧波的幅值和相位系數(shù)。帶通選頻法與FFT變換法都能夠?qū)Ω鞔沃C波的含量進(jìn)行檢測(cè)，但由于帶通選頻法需要運(yùn)用到模擬濾波器來(lái)作為基礎(chǔ)裝置設(shè)備，其整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，受到原件參數(shù)以及外界環(huán)境因素的影響，在測(cè)得結(jié)果的精度方面存在一定問(wèn)題，沒(méi)有自適應(yīng)能力;FFT變換法具備了能夠同時(shí)進(jìn)行多個(gè)回路檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)，并且可以自動(dòng)進(jìn)行定時(shí)測(cè)量，但由于在采樣過(guò)程中受到限制，實(shí)效性較差。

2.3瞬時(shí)空間矢量法

瞬時(shí)無(wú)功功率理論的提出為電力諧波量的檢測(cè)工作做出了貢獻(xiàn)，諧波與無(wú)功功率的瞬時(shí)檢測(cè)工作在不借助儲(chǔ)能元件的情況就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)諧波的有效抑制，促使著相關(guān)研究工作得到進(jìn)一步創(chuàng)新與發(fā)展。電流中的基波分量被檢測(cè)出后，將基波分量與總電流相減，就能夠得到相應(yīng)的諧波電流，這一方式在檢測(cè)計(jì)算過(guò)程中忽略了 零序分量，且對(duì)于不對(duì)稱系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，瞬時(shí)無(wú)功的平均分量不等于三相的平均無(wú)功。因此，瞬時(shí)空間矢量法只能夠適用于三相電壓正弦、對(duì)稱情況下的三相電路諧波和基波無(wú)功電流的檢測(cè)。

2.4自適應(yīng)檢測(cè)法

自適應(yīng)檢測(cè)的方法在應(yīng)用于供電系統(tǒng)中諧波檢測(cè)時(shí)，需要基于自適應(yīng)干擾抵消的原理，將電壓作為參考輸入，負(fù)載電流作為原始輸入，從負(fù)載電流中消去與電壓波形相同的有功分量，得到需要補(bǔ)償?shù)闹C波與無(wú)功分量。這種自適應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)即使處于電壓波行發(fā)生畸變時(shí)也能夠盡快適應(yīng)，但也存在著動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較慢的缺點(diǎn)。

2.5小波變換檢測(cè)法

通常情況下，針對(duì)電力系統(tǒng)中諧波的檢測(cè)工作是由電力部門來(lái)開(kāi)展的，主要需測(cè)得出各次諧波的含量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的管理與控制。在對(duì)諧波電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)抑制的過(guò)程中，可以不需要一次分解出各次諧波分量，重視起除基波電流外的總畸變電流更為重要。小波變換檢測(cè)的方式通過(guò)克服了無(wú)局部性的缺點(diǎn)，在對(duì)諧波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)分析的過(guò)程中可以直接獲取所相對(duì)應(yīng)的時(shí)間信息。

3、供電系統(tǒng)中諧波污染危害的相應(yīng)抑制方法

電力系統(tǒng)中，為了能夠確保供電系統(tǒng)在供電質(zhì)量方面的安全穩(wěn)定性，相關(guān)企業(yè)需要通過(guò)減少或消除注入系統(tǒng)中的諧波電流，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波污染的抑制工作。

3.1合理選用變壓器與電容器

首先需要重視起變壓器的接線工作，選用最合理的方式，能夠有效阻止不平衡電流與諧波電流傳入電源電力系統(tǒng)中來(lái);其次，在電網(wǎng)中將電容器組進(jìn)行并聯(lián)，能夠在一定程度上改善功率因素，調(diào)節(jié)并優(yōu)化電壓。若諧波存在時(shí)，在一定參數(shù)下電容器組將會(huì)放大諧波，危及到電容器自身的安全穩(wěn)定性，甚至?xí)绊懙街苓吰渌娖髟O(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)串聯(lián)電抗器，或?qū)㈦娙萜鹘M中的支路進(jìn)行改進(jìn)，有效對(duì)電容器組的投入容量進(jìn)行合理控制，避免電容器對(duì)諧波的擴(kuò)大。

3.2降低諧波源含量

通過(guò)在諧波源上采取相應(yīng)措施，最大限度來(lái)降低諧波含量，有效避免諧波的產(chǎn)生，從而提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量效果，并避免由于諧波影響而支出的資金成本。其中，最為常見(jiàn)的降低諧波源含量方法首先就是對(duì)整流器的脈動(dòng)數(shù)進(jìn)行增加高次諧波電流與整流相數(shù)間存在著密切關(guān)聯(lián)，相數(shù)出現(xiàn)增加，則高次諧波的最低次數(shù)也會(huì)隨之提高，諧波電流副值變小;另一種常見(jiàn)的方式是在電力系統(tǒng)中加裝加裝靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置。通常情況下，諧波源會(huì)發(fā)生快速變化，往往還會(huì)造成供電電壓的不穩(wěn)定性，造成電壓存在波動(dòng)，影響系統(tǒng)電壓三相的不平衡。通過(guò)在諧波源處并聯(lián)裝設(shè)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置，能夠有效減少波動(dòng)的諧波量，同時(shí)對(duì)電壓波動(dòng)、電壓閃變等進(jìn)行有效抑制，補(bǔ)償功率因數(shù)，有效減少并抑制供電系統(tǒng)中諧波的危害。

3.3在電力系統(tǒng)中采用濾波器

在當(dāng)前發(fā)展形勢(shì)下，通過(guò)在電力設(shè)備系統(tǒng)中安裝無(wú)源濾波器，能夠有效阻止該次諧波流入電網(wǎng)中，且濾波器自身具備了成本低、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，逐步成為了抑制諧波與無(wú)功補(bǔ)償工作的主要手段。無(wú)源濾波器能夠改變?cè)谔厥忸l率下電源的阻抗，并能夠在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的供電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)使用，有效吸收大部分諧波電流。有源諧波濾除裝置則是在無(wú)源濾波的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，針對(duì)于電力系統(tǒng)中諧波相位、大小等，能夠產(chǎn)生與諧波反相的諧波，流入系統(tǒng)中來(lái)，有效對(duì)該次諧波進(jìn)行相互抵消，從而達(dá)到濾波的目的。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與提高，有源濾波技術(shù)在整個(gè)供電系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，成為了優(yōu)化完善供電質(zhì)量的關(guān)鍵性技術(shù)。

4、總結(jié)

綜上所述，隨著社會(huì)水平的提高，人們生產(chǎn)生活對(duì)電力提出了更高程度的要求，而各種電力設(shè)備裝置的應(yīng)用于發(fā)展，也使得電網(wǎng)諧波污染現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，受諧波污染危害，極其容易引發(fā)一系列安全隱患事故。為了能夠確保供電系統(tǒng)得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保障供電質(zhì)量水平，相關(guān)企業(yè)需要在多個(gè)方面來(lái)采取有力的抑制諧波措施，在延長(zhǎng)供電設(shè)備使用壽命的同時(shí)，改善整個(gè)供電系統(tǒng)的電力品質(zhì)，減少能源消耗與浪費(fèi)，提高電能的利用率，確保供電系統(tǒng)運(yùn)作的安全穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]劉福寧. 地鐵牽引供電系統(tǒng)諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償?shù)木C合治理研究[D].青島大學(xué)，2018.

[2]姚小寧. 工業(yè)供電系統(tǒng)中低壓側(cè)諧波污染分析與治理策略研究[D].東北大學(xué)，2017.

[3]王銘. 電力系統(tǒng)中諧波污染危害;電源系統(tǒng)的諧波抑制和治理[D].天津大學(xué)，2017.