電力網諧波若干問題的研究論文

時間：2024-10-08 01:10:34 其他類論文我要投稿

關于電力網諧波若干問題的研究論文

　　[關鍵詞]諧波電力網電力網諧波電能供用電設備

關于電力網諧波若干問題的研究論文

　　[摘要]隨著電子技術的飛速發展，非線性負荷在各行各業的廣泛使用，電力網的諧波污染問題也越來越不容忽視，由于諧波的不良作用惡化電能質量，增加附加損耗，降低電網可靠性，影響供用電設備的正常工作，甚至損害設備，造成電氣故障。首先討論了諧波的產生，接著分析了諧波的危害，最后研究了諧波抑制和檢測。

　　一、引言

　　隨著工業、農業和人民生活水平的不斷提高，電能需求成倍增長，對供電質量及供電可靠性的要求也越來越高。同時隨著我國冶金、化學工業及鐵路交通運輸事業的發展，電力系統中的諧波問題也日趨嚴重。電網諧波使得電壓、電流的波形發生了畸變，使電力系統的發、供、用電設備出現許多異常現象和故障，產生了嚴重的危害和影響。對其進行有效的抑制，已成為電力系統安全運行工作的重要內容之一。

　　二、諧波的產生

　　理想的干凈供電系統向用戶提供的是一個恒定工頻的正弦波形電壓，在只含線性元件(電阻、電感及電容)的簡單電路里．流過的電流與施加的電壓成正比．流過的電流是正弦波。在實際的供電系統中，由于具有非線形阻抗特性的用電設備(即非線性負荷)的存在，當流過的電流與施加的電壓不呈線性關系時．就形成非正弦電流。任何周期性波形均可分解為一個基頻正弦波加上基頻整數倍的一系列分量，該分量統稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值(n=fn／f1)稱為諧波次數。例如：基頻為50Hz．二次諧波為100Hz，三次諧波則為150Hz。應該注意，電力系統所指的諧波是穩態的工頻整數倍數的波形，電網暫態變化諸如涌流、各種干擾或故障引起的過壓、欠壓均不屬諧波范疇。

　　三、諧波的危害

　　（一）由諧波電流和電機旋轉磁場相互作用產生的脈動轉矩可造成電機震動，當電機的機械系統的自然頻率在受到上述轉矩的激發而可能引起共振時，則會損壞電機設備，危及人身安全。

　　（二）無功補償電容與電力系統中的電感構成了局部電感、電容回路，它們的組合有時會對某次諧波電流起到放大作用，加劇了諧波危害。當它們構成的局部諧波回路的頻率與系統中存在的某次諧波頻率相近時，就會造成危險的過電流和過電壓。

　　（三）對繼電保護、自動控制裝置和計算機產生干擾和造成誤動作。因保護和控制設備的工作電壓和電流通常都是按照工業頻率和正弦波形設計的，諧波使正常工作條件受到干擾，嚴重時將造成誤動或拒動，而引起和擴大事故。

　　（四）影響測量儀表的精度，造成電能計量誤差。干擾通信線路的正常工作。

　　四、諧波抑制和檢測

　　（一）提高諧波源負荷的供電電壓

　　當本級電網容納不下諧波源負荷的諧波電流，造成電網諧波超出標準允許值時，可考慮改由高一級電網供電，把諧波源負荷接入容量較大的電網，可以容納較大的諧波電流。例如，一些用戶的整流裝置經數千米饋線(10kV)供電，且供電母線的短路容量較小，所以由整流裝置產生的諧波干擾很大，常使用戶附近的用電設備無法正常工作，此時采用高一級電壓(35kV)的電網給諧波源負荷供電，就能避免這些問題。

　　（二）避免并聯電容器組對諧波的放大

　　并聯電容器在一定條件下會產生諧波放大，所以應根據設備情況將并聯電容器組的串聯電抗器進行適當調整。例如，當僅需要限制合閘涌流時，宜選用電抗率為0.1％-1％的電抗器；為抑制5次及以諧波電壓放大時，宜選用電抗率為4.5％-6％的電抗器；為抑制3次及以上諧波電壓放大時，宜選用電抗率為12％-13％的電抗器。

　　（三）就地加裝諧波補償裝置

　　1．在諧波源處裝設無源調諧濾波裝置，吸收諧波電流，有效地減少諧波量。

　　2．加裝有源濾波裝置，采用補償原理，向電網注入與諧波電流相位相反、幅值相同的電流來抵消電網中的諧波，從而達到抑制諧波的目的。

　　3．加裝靜止無功補償裝置(SVC)，對系統、負荷無功功率進行快速動態補償，改善功率因素，抑制不平衡電流產生，并濾除諧波源發出的諧波。

　　（四）裝配有源濾波器

　　由變流器／逆變器產生的邊頻帶和諧波不能很好地用普通的濾波器來濾除，這是因為邊頻帶上的頻率是隨傳動裝置的速度而變化的，并且時常很接近于基波頻率。目前有源濾波器日益推廣應用，它在工作時主動地注入一個電流來精確地補償由負荷產生的諧波電流，就會獲得一個純粹的正弦波。這種濾波設備的工作靠數字信號處理(DSP)技術來控制快速絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。因為設備與供電系統是并聯工作的，它只控制諧波電流，基波電流并不流過濾波器。如果所需過濾的諧波電流比濾波器的容量大，它只是簡單地起限制作用而使波形得到部分糾正。

　　（五）基于小波變換檢測法

　　小波變換是近幾年掀起熱潮的一個國際前沿領域，它是在傅里葉變換的基礎上發展起來的新的信號處理方法。從原則上講，凡傳統使用傅氏變換都可以用小波變換來代替。近年來一些文獻將小波變換應用于電力系統電能質量分析、故障檢測及繼電保護等方面，表明小波變換在電力系統具有廣闊的應用前景。它主要利用正交小波在L2(R)空間線性張成的標準正交小波基和小波函數時域局部性的特點，將諧波時變幅值投影到小波函數和尺度函數張成的子空間上，從而把時變幅值的估計問題轉化為常系數估計，利用最小二乘法即可實現時變諧波的檢測。同時遞推最小二乘法的應用使該方法適用于諧波在線跟蹤。這種方法只是在仿真上證明了它的有效性，但是在實際現場沒有證明它的可行性。在這方面還需要進一步研究與探討。

　　五、總結

　　加強電能質量管理，提高電能質量，已經成為電力系統廣泛關注的重要內容之一。我們應加強相關標準和規范的宣傳，大力推廣環保電氣產品，將諧波抑制在源頭，提高公用電網的純凈度，改善生存環境，為國民經濟的持續發展提供可靠的優質電源保證。

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