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电力系统中谐波治理分析装置的研究
  • 发布日期:2020-08-24      浏览次数:38
    •  蒋超萍

      江苏安科瑞电器制造有限公司 江苏江阴214405

      电能在人们的生产、生活中已经不可或缺,电能质量的优劣直接关系到国民经济的整体效益;电网上各种非线性用电设备的大量使用,以及冲击性负荷的运用,给电力系统带来了严重的谐波污染和功率因数的明显降低,而且危害用电设备和通信系统的稳定运行,对其长远的发展是不利的,因此,采取何种谐波治理措施,就成为供配电系统领域相关管理人员面对的一个新难题,本文以三相四线制为例,探讨谐波治理问题。

      关键词:电力谐波治理,APF

        在电工技术工程领域中,将谐波定义为:高于50Hz的电流或电压成分。一般情况下,电力系统能为其用户提供恒定工频(50Hz) 的正弦波电压,但有时也会出现高于50Hz的电流或电压成分,即谐波。谐波可分为整数次谐波和分数谐波。

      1导致电力谐波出现的因素

        电力谐波出现的原因很多,这里主要介绍两种:

        (1) 可控硅整流器、变压器等非线性电流电压类器械导致谐波的出现,是形成电力谐波的主要原因,这种负荷主要来自发电机、输配电系统以及用电设备。

        (2) 中顿炉、变频器设备等逆变负荷,这将有可能形成整数次谐波和分数谐波两种形式的谐波。

        发电机是产生谐波的一个来源,因为在发电机设备中的三相励磁绕组并非是严格的对称,因此磁极磁场也并不会严格按照正弦分布,导致出现谐波,想解决由此形成的谐波,就需要使发电机始终保持输出具有基波频率的正弦电压。

        输配电系统也是谐波的主要来源之一,因为电力变压器当中的铁芯具有非线性特性,再加上在其设计中的问题,使电力变压器成为输配电系统中形成谐波的直接主要的设备。在变频装置中,会出现两种形式的谐波,其形成因素的分析是非常复杂的,变频装置中设备的功率很大,形成的谐波也会随着变频的增加而增多。在现今的供电系统中,一些具有调压整流装置的家用电器如洗衣机、电视机、灯具、空调等,在使用过程中会出现偏大的谐波振幅,这些家用电器成为供电系统中谐波产生的重要来源。

        产生谐波的负荷是谐波产生的直接原因,电网的短路容量、内部组织以及电网中其余来源的负荷是谐波产生的间接原因,但也不可忽视。就目前情况来看,非线性用电设备容量增幅较大,因此,我国电力领域专业人士需要加大对谐波监督和治理工作的研究。

      2电力谐波治理

        2.1合理安排供配电系统

        供配电系统的设计问题是减少电力谐波产生的重要出发点,在设计过程中,应坚持科学、严谨的态度,以当前研究认定的标准为准则,采取科学技术,主要工作有:运用科学仪器分析测量电网谐波,在设计前和设计过程中严格审査实际状况。在选取设备的过程中,要分析实际状况,审查谐波污染程度。在此基础上分析谐波污染产生源,在治理过程中,加大资金投入。

        2.2电力电容器中的谐波治理

        在供配电系统中,要想减少谐波的产生,就需要减弱投切电容器时而产生的瞬态电压, 为此可以启用选相断路器来完成此项工作。电力电容器在运行过程中,若遇到系统其余部位产生的谐波,就会釆取相应的保护措施,明显的就是放大某次谐波电流,这就给系统运行的稳定带来巨大的威胁。对于这种状况,首先要做的就是在电力回路当中将滤波电抗器串联在一起,这样可以有效减少谐波产生的频率。

        2.3安装滤波器

        安装滤波器是治理谐波污染的又一有力武器,滤波器主要有两个种类:无源滤波器和有源滤波器。现今市场流行使用的无源滤波器 主要是由电力电容器、电抗器和电阻这几个成 分组合而成,但在投入使用时,会将其与谐波源并联在一起,这样可以发挥其滤波的价值,无源滤波器的优势较为明显,价格不高,构造简单,维护过程中操作简便,能够有效过滤掉高次谐波。有源滤波器,简称 APF,作为当前有实力的检测和控制系统,具有突出的高实时性,反应灵敏,能够快速察觉电网中电流的变化,并及时跟随电网谐波电流的变化而采取相应的应对措施,它的优势可以总结为:无需分析负荷谐波频率,仅仅依靠 供配电系统中产生的谐波,敏锐地采取措施; 由于它自身设计上的优势,无需考虑它是否会过载的问题与电源设备的运行方式融洽结合,无需考虑相背离的状况;可以在第一时间做出反应,瞬时补充谐波。

      3三相四线制中APF对于谐波的治理

        APF融合了技术核心,将电力电子自动控制、高速计算机等优势融合其中,运用于谐波治理工作具有较强的针对性和现实性。它建立在测量下的负荷电流谐波含量指数的基础之上,运用逆变器,使产生的谐波电流 与系统中谐波电流大小相同,但相位相反,这样的谐波电流进入电网后,可以与其中己存在的谐波相抵消。

        3.1瞬时无功理论

        瞬时无功能理论结合的实践经验, 在APF谐波检测运作过程中发挥巨大作用。 瞬时无功理论中的某些理论成果是严格以三相平衡为前提的,所以也只适用于三相三线的接 线方式。在三相三线制的运作当中,如果三相电流出现失衡状况,在公共回路当中就会有所 反应,如会有少量的电流chan生,在这种情况下,三相当中就会不自觉地引进基波与各次谐波的零序分量,若出现此种状况,瞬时无功理论就失去了存在的前提。在国内电力研究领域当中,三相四线这种普遍使用的接线方式是主要研究对象,近几年的研究也不断实现新突破,零序电流分离在电力研究者当中获得了一致好评,值得加大研究力度,并大力推广。

        3.2三相四线制当中零线电流的控制

        在三相四线制当中,APF的巨大功用不仅体现在对三相电流进行谐波补偿,在系统运作当中,它还需要进行对零线谐波电流的补偿,对于零线电流的控制,步骤较为复杂,电力研究人员根据实践情况研究出较多的方式,其中四桥臂式是提高灵活性的有效方式, 四桥臂式对于电网中谐波的产生有较好的控制效果,而且在中线补偿方面取得突出成果。

        3.3电力系统各环节的延时问题

        在控制不当的情况下,系统中各个环节易出现延时状况,如何降低各环节延时状况产生的频率,使通过仪器检测出的电流信号与实际状况完全相符,是关系到APF功能问题。

        三相四线制的电力系统当中,若出现延时将影响电网运作的主要环节有三个:三相四线零序分离延时、IGBT死区延时、数字处理延时,将并联型APF系统作为主要研究对象,可以采取以下方式减少延时:采用互感器,此种互感器应具有相应补偿功能;启用微处理 器;缩短电力系统采样审查周期;加快控制信号的更新频率;选取适宜的开关设备,缩短死区时间;启用有效的预测方式。

      4 安科瑞谐波治理产品选型

      4.1立柜式

      备注:具体尺寸按报价方案为准。

      4.2模块化

      壁挂式APF

      抽屉式APF

      5结束语

        在我国供配电系统当中,谐波污染是待解决的问题之一,近年来由于社会对于电力的需求变大,以及新型电器的不断产生,对电力系统的要求也越来越高,形成的谐波污染也越来越不容忽视,因此,我国相关研究人员结合居民以及单位的实际用电状况,釆用设备,研究新理论去解决电力谐波治理问题。

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