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浅谈谐波治理技术的发展

谐波治理在影响表计计量精度的同时,对精密电子设备(包括电子式电能表)产生严重干扰,导致其不能正常工作,甚至烧毁。(3)谐波引起所有接于电网中的设备的损耗增加,温升加快,特别是对含有电容器的设备影响最为严重,甚至可能导致设备损坏以及电容器爆炸等事故。(4)电机类负荷由于谐波的逆序作用而导致输出扭矩下降。
 
      随着电力电子技术的飞速发展,特别是在供电网络中非线性负荷(如变频调速装置、电机软启动装置、磁饱和稳压装置、大型整流装置、电弧焊机组等用电设备)的日趋增多,这些设备在电网中运行,产生了大量的谐波电流,不仅增加了电网的供电损耗,而且干扰电网保护装置与自动化装置的正常运行,直接威胁电网的安全。
 
      谐波造成的危害可列举如下:(1)由于谐波频率较高,使导线的集肤效应加重,不但造成铜损急剧增加,又因变压器铁芯不能适应急剧变化的磁通而导致铁损急剧增加。
 
      (2)谐波在影响表计计量精度的同时,对精密电子设备(包括电子式电能表)产生严重干扰,导致其不能正常工作,甚至烧毁。
 
      (3)谐波引起所有接于电网中的设备的损耗增加,温升加快,特别是对含有电容器的设备影响最为严重,甚至可能导致设备损坏以及电容器爆炸等事故。
 
      (4)电机类负荷由于谐波的逆序作用而导致输出扭矩下降。
 
      (5)继电保护机构可能会由于谐波而产生误动或拒动故障。
 
      谐波治理为了保证电力系统的安全运行,对谐波必须进行治理,使谐波分量不超过国家标准。
 
      本文在回顾了电力系统谐波治理技术发展历史的基础上,分析了我国电力系统谐波治理技术的发展现状及存在的技术难题,进而探讨了谐波治理技术的发展趋势。

 谐波治理具体表现在:(1)高压混合有源电力滤波器:在高压6kV、10kV、35kV的供电电网中,无源滤波器已大量使用并且有很好的滤波效果,但无源滤波器在较复杂的供电系统中可能会产生谐振或为躲避谐振点而降低了滤波效果。使用高压混合有源电力滤波器后,由于有源电力滤波器控制高压无源滤波器,避免谐振的产生,滤波器始终工作在较佳。
 
      采用先进技术是谐波治理污染及减少电能损耗的有效途径。
 
      电力设备市场推出无源滤波器及有源电力滤波器、串联有源电力滤波器(AVQR)和静止无功功率发生器(SVG)以及电能质量控制器等新技术、新新产品能够有效的治理谐波污染,改善用电质量及供电环境,减少电能损耗、节约能源。
 
      具体表现在:(1)高压混合有源电力滤波器:在高压6kV、10kV、35kV的供电电网中,无源滤波器已大量使用并且有很好的滤波效果,但无源滤波器在较复杂的供电系统中可能会产生谐振或为躲避谐振点而降低了滤波效果。
 
      使用高压混合有源电力滤波器后,由于有源电力滤波器控制高压无源滤波器,避免谐振的产生,滤波器始终工作在较佳的滤波状态。
 
      (2)解决供电电压三相平衡和谐波问题:由于三相电压不平衡造成运行温升过高,出现机械噪音,以及单相负载造成的3次谐波,不但浪费了电能,还对用电设备带来损坏,同时中线电流过大,给供电电网造成很大的隐患。
 
      使用三相四线并联有源电力滤波器,不但可调整中线电流解决三相不平衡,还可消除有单相负载造成的3次谐波治理
 
      谐波治理特别是应用在办公大楼以及金融机构。
 
      (3)消除谐波,提高电源的质量:当电网供电中使用了较大的非线性负载时(例如:可控硅、二极管电源等),就会给电网产生严重的电流谐波,极大地破坏了供电环境。
 
      使用并联有源电力滤波器,即可有效的解决电网严重的电流谐波,同时也改善电压谐波。
 
      用电设备的可靠性、安全性、发热量的降低都得到改善。
 
      (4)提高功率因数,节约电费:一般情况下解决功率因数过低时是加装电容器组,分组投切,可以将功率因数提高。
 
      但电容器组投入的同时很容易将某次的电流谐波放大,严重的造成供电开关跳闸、电容器经常损坏等。
 
      将电容器组改为无源滤波器既提高功率因数又消除一部分谐波。
 
      如果已加装了电容器组放大了电流谐波造成电容器组投入失败,说明电网中存在大量谐波,另一有效的方法是使用并联有源电力滤波器,将谐波消除。
 
      通过谐波治理就可安全的将电容器组投入了,还有采用静止无功功率发生器(SVG),既可以提高功率因素又可以消除谐波,它不存在放大某次谐波和与系统谐振问题。
 
      (5)大功率供电电网无功与谐波的治理:大型工矿企业中,大功率非线性负载较多,各种交流电机也较多,因此所需无功也较多,谐波和功率因数都存在很大的问题。
 
      使用混合有源电力滤波器,将无源电力滤波器与有源电力滤波器混和使用,根据供电系统的要求,设计合理的混合方案,做到性价比最优。
 
      使用者不但提高功率因数而且有效降低供电电网的谐波,是大功率供电系统的优选方案。
 
      (6)供电电压三相平衡和无功问题:现在的楼宇供电存在许多三相不平衡现象,并且功率因数不高。
 
      由于楼宇供电的特殊性——负载的不规则变化,如果用电容器组投切明显不合理。
 
      使用三相四线静止无功功率发生器(SVG),可调整中线电流解决三相不平衡,还可自动跟踪负载的变化调整功率因数,使电网的功率因数保持在0。
 
      95以上。
 
      (7)消除供电电网持续过低、持续过高现象:小功率(400kVA以下)供电,电压不稳、谐波严重,负载在糟糕的供电环境中无法正常工作。
 
      使用串联有源电力滤波器(AVQR),可将供给负载的电压稳定在国家要求的范围内,消除供电电网中的谐波谐波治理
 
      谐波治理同时解决电网中的闪变、突升、突降、电网持续过低、持续过高等电能质量问题。
 
      (8)电能质量的综合谐波治理:供电电网中谐波严重、三相不平衡、功率因数过低三种情况同时出现也时有发生,而用电设备经常误动作、发热、损坏、用电效率下降,解决以上问题的最好办法——使用电能质量控制器。
     
      
      有效控制供电电网中的所有问题。

 在电力系统中,谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时,与所加的电压不呈线性关系,就形成非正弦电流,即电路中有谐波产生。由于半导体晶闸管的开关操作和二极管、半导体晶闸管的非线性特性,电力系统的某些设备如功率转换器比较大的背离正弦曲线波形。
 
      产生的原因:由于正弦电压加压于非线性负载,基波电流发生畸变产生谐波。
 
      主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器、中频炉、电焊机等用傅立叶分析原理,能够把非正弦曲线信号分解成基本部分和它的倍数。
 
      在电力系统中,谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。
 
      谐波治理当电流流经负载时,与所加的电压不呈线性关系,就形成非正弦电流,即电路中有谐波产生。
 
      由于半导体晶闸管的开关操作和二极管、半导体晶闸管的非线性特性,电力系统的某些设备如功率转换器比较大的背离正弦曲线波形。
 
      谐波电流的产生是与功率转换器的脉冲数相关的。
 
      6脉冲设备仅有5、7、11、13、17、19…。
 
      n倍于电网频率。
 
      功率变换器的脉冲数越高,最低次的谐波分量的频率的次数就越高。
 
      其他功率消耗装置,例如荧光灯的电子控制调节器产生大强度的3次谐波(150赫兹)。
 
      在供电网络阻抗(电阻)下这样的非正弦曲线电流导致一个非正弦曲线的电压降。
 
      在供电网络阻抗下产生谐波电压的振幅等于相应谐波电流和对应于该电流频率的供电网络阻抗Z的乘积。
 
      次数越高,谐波分量的振幅越低。
 
      只要哪里有谐波源那里就有谐波产生。
 
      也有可能,谐波治理分量通过供电网络到达用户网络。
 
      例如,供电网络中一个用户工厂的运转可能被相邻的另一个用户设备产生的谐波所干扰。

 


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 · 浅谈谐波治理技术的发展

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