如何產(chǎn)生諧波？治理諧波？

時間：2022-07-11作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：251

電能在人們的生產(chǎn)、生活中已經(jīng)不可或缺，電能質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的整體效益；電網(wǎng)上各種非線性用電設(shè)備的大量使用，以及沖擊性負(fù)荷的運(yùn)用，給電力系統(tǒng)帶來了嚴(yán)重的諧波污染和功率因數(shù)的明顯降低，而且危害用電設(shè)備和通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，對其長遠(yuǎn)的發(fā)展是不利的，因此，采取何種諧波治理措施，就成為供配電系統(tǒng)領(lǐng)域相關(guān)管理人員面對的一個新難題，本文以三相四線制為例，探討諧波治理問題。

關(guān)鍵詞：電力諧波治理，APF
在電工技術(shù)工程領(lǐng)域中，將諧波定義為：**50Hz的電流或電壓成分。一般情況下，電力系統(tǒng)能為其用戶提供恒定工頻(50Hz) 的正弦波電壓，但有時也會出現(xiàn)**50Hz的電流或電壓成分，即諧波。諧波可分為整數(shù)次諧波和分?jǐn)?shù)諧波。


1導(dǎo)致電力諧波出現(xiàn)的因素
電力諧波出現(xiàn)的原因很多，這里主要介紹兩種：
(1) 可控硅整流器、變壓器等非線性電流電壓類器械導(dǎo)致諧波的出現(xiàn)，是形成電力諧波的主要原因，這種負(fù)荷主要來自發(fā)電機(jī)、輸配電系統(tǒng)以及用電設(shè)備。
(2) 中頓爐、變頻器設(shè)備等逆變負(fù)荷，這將有可能形成整數(shù)次諧波和分?jǐn)?shù)諧波兩種形式的諧波。
發(fā)電機(jī)是產(chǎn)生諧波的一個來源，因為在發(fā)電機(jī)設(shè)備中的三相勵磁繞組并非是嚴(yán)格的對稱，因此磁極磁場也并不會嚴(yán)格按照正弦分布，導(dǎo)致出現(xiàn)諧波，想解決由此形成的諧波，就需要使發(fā)電機(jī)始終保持輸出具有基波頻率的正弦電壓。
輸配電系統(tǒng)也是諧波的主要來源之一，因為電力變壓器當(dāng)中的鐵芯具有非線性特性，再加上在其設(shè)計中的問題，使電力變壓器成為輸配電系統(tǒng)中形成諧波的直接主要的設(shè)備。在變頻裝置中，會出現(xiàn)兩種形式的諧波，其形成因素的分析是非常復(fù)雜的，變頻裝置中設(shè)備的功率很大，形成的諧波也會隨著變頻的增加而增多。在現(xiàn)今的供電系統(tǒng)中，一些具有調(diào)壓整流裝置的家用電器如洗衣機(jī)、電視機(jī)、燈具、空調(diào)等，在使用過程中會出現(xiàn)偏大的諧波振幅，這些家用電器成為供電系統(tǒng)中諧波產(chǎn)生的重要來源。
產(chǎn)生諧波的負(fù)荷是諧波產(chǎn)生的直接原因，電網(wǎng)的短路容量、內(nèi)部組織以及電網(wǎng)中其余來源的負(fù)荷是諧波產(chǎn)生的間接原因，但也不可忽視。就目前情況來看，非線性用電設(shè)備容量增幅較大，因此，我國電力領(lǐng)域?qū)I(yè)人士需要加大對諧波監(jiān)督和治理工作的研究。
2電力諧波治理
2.1合理安排供配電系統(tǒng)
供配電系統(tǒng)的設(shè)計問題是減少電力諧波產(chǎn)生的重要出發(fā)點(diǎn)，在設(shè)計過程中，應(yīng)堅持科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，以當(dāng)前研究認(rèn)定的標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)則，采取科學(xué)技術(shù)，主要工作有：運(yùn)用科學(xué)儀器分析測量電網(wǎng)諧波，在設(shè)計前和設(shè)計過程中嚴(yán)格審査實(shí)際狀況。在選取設(shè)備的過程中，要分析實(shí)際狀況，審查諧波污染程度。在此基礎(chǔ)上分析諧波污染產(chǎn)生源，在治理過程中，加大資金投入。
2.2電力電容器中的諧波治理
在供配電系統(tǒng)中，要想減少諧波的產(chǎn)生，就需要減弱投切電容器時而產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓， 為此可以啟用選相斷路器來完成此項工作。電力電容器在運(yùn)行過程中，若遇到系統(tǒng)其余部位產(chǎn)生的諧波，就會釆取相應(yīng)的保護(hù)措施，明顯的就是放大某次諧波電流，這就給系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定帶來巨大的威脅。對于這種狀況，首先要做的就是在電力回路當(dāng)中將濾波電抗器串聯(lián)在一起，這樣可以有效減少諧波產(chǎn)生的頻率。
2.3安裝濾波器
安裝濾波器是治理諧波污染的又一有力武器，濾波器主要有兩個種類：無源濾波器和有源濾波器?，F(xiàn)今市場流行使用的無源濾波器 主要是由電力電容器、電抗器和電阻這幾個成 分組合而成，但在投入使用時，會將其與諧波源并聯(lián)在一起，這樣可以發(fā)揮其濾波的**，無源濾波器的優(yōu)勢較為明顯，價格不高，構(gòu)造簡單，維護(hù)過程中操作簡便，能夠有效過濾掉高次諧波。有源濾波器，簡稱 APF,作為當(dāng)前有實(shí)力的檢測和控制系統(tǒng)，具有**的高實(shí)時性，反應(yīng)靈敏，能夠快速察覺電網(wǎng)中電流的變化，并及時跟隨電網(wǎng)諧波電流的變化而采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，它的優(yōu)勢可以總結(jié)為：*分析負(fù)荷諧波頻率，僅僅依靠 供配電系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波，敏銳地采取措施； 由于它自身設(shè)計上的優(yōu)勢，*考慮它是否會過載的問題與電源設(shè)備的運(yùn)行方式融洽結(jié)合，*考慮相背離的狀況；可以及時做出反應(yīng)，瞬時補(bǔ)充諧波。


3三相四線制中APF對于諧波的治理
APF融合了技術(shù)**，將電力電子自動控制、高速計算機(jī)等優(yōu)勢融合其中，運(yùn)用于諧波治理工作具有較強(qiáng)的針對性和現(xiàn)實(shí)性。它建立在測量下的負(fù)荷電流諧波含量指數(shù)的基礎(chǔ)之上，運(yùn)用逆變器，使產(chǎn)生的諧波電流 與系統(tǒng)中諧波電流大小相同，但相位相反，這樣的諧波電流進(jìn)入電網(wǎng)后，可以與其中己存在的諧波相抵消。
3.1瞬時無功理論
瞬時無功能理論結(jié)合的實(shí)踐經(jīng)驗， 在APF諧波檢測運(yùn)作過程中發(fā)揮巨大作用。 瞬時無功理論中的某些理論成果是嚴(yán)格以三相平衡為前提的，所以也只適用于三相三線的接 線方式。在三相三線制的運(yùn)作當(dāng)中，如果三相電流出現(xiàn)失衡狀況，在公共回路當(dāng)中就會有所 反應(yīng)，如會有少量的電流產(chǎn)生，在這種情況下，三相當(dāng)中就會不自覺地引進(jìn)基波與各次諧波的零序分量，若出現(xiàn)此種狀況，瞬時無功理論就失去了存在的前提。在國內(nèi)電力研究領(lǐng)域當(dāng)中，三相四線這種普遍使用的接線方式是主要研究對象，近幾年的研究也不斷實(shí)現(xiàn)新突破，零序電流分離在電力研究者當(dāng)中獲得了一致**，值得加大研究力度，并大力推廣。
3.2三相四線制當(dāng)中零線電流的控制
在三相四線制當(dāng)中，APF的巨大功用不僅體現(xiàn)在對三相電流進(jìn)行諧波補(bǔ)償，在系統(tǒng)運(yùn)作當(dāng)中，它還需要進(jìn)行對零線諧波電流的補(bǔ)償，對于零線電流的控制，步驟較為復(fù)雜，電力研究人員根據(jù)實(shí)踐情況研究出較多的方式，其中四橋臂式是提高靈活性的有效方式， 四橋臂式對于電網(wǎng)中諧波的產(chǎn)生有較好的控制效果，而且在中線補(bǔ)償方面****成果。
3.3電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的延時問題
在控制不當(dāng)?shù)那闆r下，系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)易出現(xiàn)延時狀況，如何降低各環(huán)節(jié)延時狀況產(chǎn)生的頻率，使通過儀器檢測出的電流信號與實(shí)際狀況完全相符，是關(guān)系到APF功能問題。
三相四線制的電力系統(tǒng)當(dāng)中，若出現(xiàn)延時將影響電網(wǎng)運(yùn)作的主要環(huán)節(jié)有三個：三相四線零序分離延時、IGBT死區(qū)延時、數(shù)字處理延時，將并聯(lián)型APF系統(tǒng)作為主要研究對象，可以采取以下方式減少延時：采用互感器，此種互感器應(yīng)具有相應(yīng)補(bǔ)償功能；啟用微處理 器；縮短電力系統(tǒng)采樣審查周期；加快控制信號的較新頻率；選取適宜的開關(guān)設(shè)備，縮短死區(qū)時間；啟用有效的預(yù)測方式。
4 安科瑞諧波治理產(chǎn)品選型
4.1立柜式
備注：具體尺寸按報價方案為準(zhǔn)。
4.2模塊化
 
5結(jié)束語
在我國供配電系統(tǒng)當(dāng)中，諧波污染是待解決的問題之一，近年來由于社會對于電力的需求變大，以及新型電器的不斷產(chǎn)生，對電力系統(tǒng)的要求也越來越高，形成的諧波污染也越來越不容忽視，因此，我國相關(guān)研究人員結(jié)合居民以及單位的實(shí)際用電狀況，釆用設(shè)備，研究新理論去解決電力諧波治理問題。

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