關(guān)于電力網(wǎng)諧波若干問(wèn)題的研究論文

　　[關(guān)鍵詞]諧波 電力網(wǎng) 電力網(wǎng)諧波 電能 供用電設備

　　[摘要]隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，非線(xiàn)性負荷在各行各業(yè)的廣泛使用，電力網(wǎng)的諧波污染問(wèn)題也越來(lái)越不容忽視，由于諧波的不良作用惡化電能質(zhì)量，增加附加損耗，降低電網(wǎng)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(chǎn)生，接著(zhù)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(zhù)工業(yè)、農業(yè)和人民生活水平的不斷提高，電能需求成倍增長(cháng)，對供電質(zhì)量及供電可靠性的要求也越來(lái)越高。同時(shí)隨著(zhù)我國冶金、化學(xué)工業(yè)及鐵路交通運輸事業(yè)的發(fā)展，電力系統中的諧波問(wèn)題也日趨嚴重。電網(wǎng)諧波使得電壓、電流的波形發(fā)生了畸變，使電力系統的發(fā)、供、用電設備出現許多異�，F象和故障，產(chǎn)生了嚴重的危害和影響。對其進(jìn)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(chǎn)生

　　理想的干凈供電系統向用戶(hù)提供的是一個(gè)恒定工頻的正弦波形電壓，在只含線(xiàn)性元件(電阻、電感及電容)的簡(jiǎn)單電路里．流過(guò)的電流與施加的電壓成正比．流過(guò)的電流是正弦波。在實(shí)際的供電系統中，由于具有非線(xiàn)形阻抗特性的用電設備(即非線(xiàn)性負荷)的存在，當流過(guò)的電流與施加的電壓不呈線(xiàn)性關(guān)系時(shí)．就形成非正弦電流。任何周期性波形均可分解為一個(gè)基頻正弦波加上基頻整數倍的一系列分量，該分量統稱(chēng)為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值(n=fn／f1)稱(chēng)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(tài)的工頻整數倍數的波形，電網(wǎng)暫態(tài)變化諸如涌流、各種干擾或故障引起的過(guò)壓、欠壓均不屬諧波范疇。

　　三、諧波的危害

　�。ㄒ唬┯芍C波電流和電機旋轉磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的脈動(dòng)轉矩可造成電機震動(dòng)，當電機的機械系統的自然頻率在受到上述轉矩的激發(fā)而可能引起共振時(shí)，則會(huì )損壞電機設備，危及人身安全。

　�。ǘ�）無(wú)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(shí)會(huì )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(shí)，就會(huì )造成危險的過(guò)電流和過(guò)電壓。

　�。ㄈ�）對繼電保護、自動(dòng)控制裝置和計算機產(chǎn)生干擾和造成誤動(dòng)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(yè)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(shí)將造成誤動(dòng)或拒動(dòng)，而引起和擴大事故。

　�。ㄋ模┯绊憸y量?jì)x表的精度，造成電能計量誤差。干擾通信線(xiàn)路的正常工作。

　　四、諧波抑制和檢測

　�。ㄒ唬┨岣咧C波源負荷的供電電壓

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

　�。ǘ�）避免并聯(lián)電容器組對諧波的放大

　　并聯(lián)電容器在一定條件下會(huì )產(chǎn)生諧波放大，所以應根據設備情況將并聯(lián)電容器組的串聯(lián)電抗器進(jìn)行適當調整。例如，當僅需要限制合閘涌流時(shí)，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(shí)，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(shí)，宜選用電抗率為12％-13％的電抗器。

　�。ㄈ�）就地加裝諧波補償裝置

　　1．在諧波源處裝設無(wú)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(wǎng)注入與諧波電流相位相反、幅值相同的電流來(lái)抵消電網(wǎng)中的諧波，從而達到抑制諧波的目的。

　　3．加裝靜止無(wú)功補償裝置(SVC)，對系統、負荷無(wú)功功率進(jìn)行快速動(dòng)態(tài)補償，改善功率因素，抑制不平衡電流產(chǎn)生，并濾除諧波源發(fā)出的諧波。

　�。ㄋ模┭b配有源濾波器

　　由變流器／逆變器產(chǎn)生的邊頻帶和諧波不能很好地用普通的濾波器來(lái)濾除，這是因為邊頻帶上的頻率是隨傳動(dòng)裝置的速度而變化的，并且時(shí)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(shí)主動(dòng)地注入一個(gè)電流來(lái)精確地補償由負荷產(chǎn)生的諧波電流，就會(huì )獲得一個(gè)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(shù)來(lái)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(lián)工作的，它只控制諧波電流，基波電流并不流過(guò)濾波器。如果所需過(guò)濾的諧波電流比濾波器的容量大，它只是簡(jiǎn)單地起限制作用而使波形得到部分糾正。

　�。ㄎ澹┗�于小波變換檢測法

　　小波變換是近幾年掀起熱潮的一個(gè)國際前沿領(lǐng)域，它是在傅里葉變換的基礎上發(fā)展起來(lái)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(lái)代替。近年來(lái)一些文獻將小波變換應用于電力系統電能質(zhì)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(xiàn)性張成的標準正交小波基和小波函數時(shí)域局部性的特點(diǎn)，將諧波時(shí)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(shí)變幅值的估計問(wèn)題轉化為常系數估計，利用最小二乘法即可實(shí)現時(shí)變諧波的檢測。同時(shí)遞推最小二乘法的應用使該方法適用于諧波在線(xiàn)跟蹤。這種方法只是在仿真上證明了它的有效性，但是在實(shí)際現場(chǎng)沒(méi)有證明它的可行性。在這方面還需要進(jìn)一步研究與探討。

　　五、總結

　　加強電能質(zhì)量管理，提高電能質(zhì)量，已經(jīng)成為電力系統廣泛關(guān)注的重要內容之一。我們應加強相關(guān)標準和規范的宣傳，大力推廣環(huán)保電氣產(chǎn)品，將諧波抑制在源頭，提高公用電網(wǎng)的純凈度，改善生存環(huán)境，為國民經(jīng)濟的持續發(fā)展提供可靠的優(yōu)質(zhì)電源保證。

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