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电力系统中谐波分析和治理技术.docx
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1、 电力系统中谐波分析和治理技术 何丹红摘 要 :谐波是电力系统的一大公害,文章介绍了谐波的相关定义、谐波的产生以及谐波所带来的危害,并对抑制谐波的措施进行了相关的阐述。关键词 :电能质量 ;谐波 ;抑制0 前言随着电力电子设备的应用越来越广泛,各种非线性、冲击性、波动性和不对称负载大量增加,造成诸如电压波动、电压跌落、谐波等电能质量污染日趋严重。电能质量的下降造成了巨大的经济损失,也使得用户侧的敏感性用电设备不能正常工作。现今,用户对供电可靠性提出更高的要求,对供电质量的敏感程度越来越高,因此对配电网络和电力供应商也不断提出新的要求。本文着重介绍了电能质量范畴内的谐波及其治理技术。1 电能质量
2、的基本分类电能质量分为稳态电能质量和动态电能质量问题。稳态电能质量以谐波畸变为主要特征,一般持续时间较长,主要类型是过电压和欠电压,持续时间长(一般超过1min),电压大小超过或低于标称电压大小。一般用傅里叶级数分析谐波与间歇波。动态电能质量是以暂态持续时间为主要特征,主要有脉冲暂态和振荡暂态两种类型。主要类型是:电压跌落和电压上升,持续时间较短(一般10ms1min),电压有效值跌落至标称电压的10%90%或升至标称电压的110%180%。电压波动与闪变:电压幅值在一定范围内(通常为额定值的90%110%或110%180%)规律或随机地变化,即为电压波动;短时断电,持续时间在10ms3s的供
3、电,即为闪变。2 谐波及谐波源2.1 谐波供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅里叶级数分解,除了得到与电网基波频率相同的分量,还得到一系列大于电网基波频率的分量,这部分电量成为谐波。谐波频率与基波频率的比值(n=fn/f1)称为谐波次数。电网中也存在非整数倍谐波,称为非谐波或分数谐波。谐波实际上是一种干扰量,使电网受到“污染”。电工技术领域主要研究谐波的发生、传输、测量、危害以及抑制,其谐波次数范围一般为:2n40。2.2 谐波源谐波通常是由非线性供电、用电设备所产生的,电力系统本身包含的非线性元件主要是变压器、换流站可控硅元件、电容器、电抗器等;但主要来源是各种非线性负荷用户,如各种
4、整流设备、调节设备、电弧炉、轧钢机以及电气拖动设备。最常见的谐波源如下所述。2.2.1 变压器产生的谐波变压器的非线性是因为铁芯材料具有非线性磁化曲线引起的。变压器的铁芯磁化曲线除了一般线性区以外,还有饱和区、死区和滞后区三类典型的非线性区,它以原点对称,在正弦波的作用下,励磁电流为对称奇函数。对三相对称的变压器,其3次的奇数倍谐波均为零序,会受到变压器接线方式的影响,故可以认为变压器是一种只产生奇次谐波的电流源型的谐波源。变压器的谐波次数还受其一、二次侧接线方式(或Y)的影响,大小则与磁路的结构形式、铁芯的饱和程度有关。铁芯的饱和程度越高,变压器工作点偏离线性工作区越远,产生的谐波电流就越大
5、。2.2.2 变流器设备产生的谐波由于生产与科技的发展,企业经常大量使用整流和变频等交流设备,目前的电气设备都采用开关型电源,其电源侧是大功率整流电路,输出侧为了使负载得到更好的控制与运行特性,则使用了变压与变频电路。此类设备产生的谐波既有电流源型的,也有电压源型的。因此,其谐波分量也仅有奇次谐波,有资料显示,此类设备产生的谐波分量有时可高达基波分量的30%。由于变流设备功率大(3020000kW)、数量多,因此其对企业供配电系统的影响也就极大。2.2.3 计算机及其他办公设备产生的谐波随着社会的发展、科技的进步,工厂自动化程度越来越高,计算机及其他现代化办公设备得以广泛应用,而这些设备的电源
6、基本上都是开关电源,因此都会产生谐波并且对电网的谐波干扰十分严重。3 谐波的危害目前,产生谐波的装置量大面广,谐波使许多企业的生产面临严重的干扰与破坏,谐波对企业供配电的危害主要表现在以下几个方面:(1)电力变压器、电力线路电流谐波将增加铜损,电压谐波将增加铁损,综合效果是使变压器温度上升,绝缘能力受到影响并造成容量裕度减小。谐波还可能引起变压器绕组及线间电容之间共振,及引起铁芯磁通饱和或歪斜,进而产生噪声。因此谐波的泛滥将会严重地威胁工矿企业的供配电系统安全、可靠、稳定的运行。(2)电动机输出谐波对电动机的影响主要是引起附加发热,导致电动机的额外温升,电动机往往要降额使用,由于输出波形失真,
7、增加电动机的重复峰值电压,影响电动机的绝缘,谐波还会引起电动机转矩脉动及噪声增加。(3)电力电容器一般电容器的标准规范规定其最大电流只允许35%的过载,但实际运转时,由于谐波的影响,常发生严重过载。由于电容器的阻抗随频率的增加而减少,当谐波产生时,电容器即成为一陷流点,流入大量电流,从而导致电容器过热,增加介电质的应力,甚至损坏电力电容器。当电容器与线路阻抗达到共振条件时,会发生振动短路、过电流及产生噪声。(4)开关设备由于谐波电流的存在,开关设备在起动瞬间产生很高的电流变化率(di/dt),致使增加暂态恢复电压的峰值,以致破坏绝缘。(5)保护电器电流中含有谐波,必然会产生额外的转矩,改变电气
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