电网谐波的危害及抑制技术.doc

电网谐波的危害及抑制技术随着电网容量迅速增长，电网运行电压也不断提升，国外输电设备电压已达１０００ｋＶ我国从２０世纪８０年代开始进入大电网时期，输变设备电压已达５００ｋＶ。最近开始西北地区黄河上游水电深度开发，国家电力公司已批准建设第一条７５０ｋＶ输电线路。随着工业、农业和人民生活水平的不断提升，除了需要电能成倍增长，对供电质量及供电可靠性的要求也越来越多，电力质量〔ＰｏｗｅｒＱｕａｌｉｔｙ〕受到人们的日益重视。例如，工业生产中的大型生产线、飞机场、大型金融商厦、大型医院等重要场合的计算机系统一旦失电，或因受电力网上瞬态电磁干扰影响，致使计算机系统无法正常运行，将会带来庞大的经济损失。电梯、空调等变频设备、电视机、计算机、复印机、电子式镇流器荧光灯等已成为人民日常生活的一部分，如果这些装置不能正常运行，必定扰乱人们的正常生活。但是，电视机、计算机、复印机、电子式照明设备、变频调速装置、开关电源、电弧炉等用电负载大都是非线性负载，都是谐波源，如将这些谐波电流注入公用电网，必定污染公用电网，使公用电网电源的波形畸变，增加谐波成份。近几年，传感技术、光纤、微电子技术、计算机技术及信息技术日臻成熟。集成度愈来愈高的微电子技术使计算器的功能更加完美，体积愈来愈小，从而促使各种电器设备的控制向智能型控制器方向发展。随着微电子技术集成度的提升，微电子器件工作电压变得更低，耐压水平也相对更低，更易受外界电磁场干扰而导致控制单元损坏或失灵。例如，２０世纪７０年代计算机迅速普遍推广，电磁干扰及抑制问题更是十分特别，一些功能正常的计算机常出现误动作，而无法找出原因。１９６６年日本三基电子工业公司率先开发了“模拟脉冲的高频噪音模拟器〞，将它产生的脉冲注入被试计算机的电源部分，结果发现计算机在注入１００～２００Ｖ脉冲时就误动作，难怪计算机在现场无法正常工作，其原因之一是计算机的电源受到了污染。因此，受谐波电流污染的公用电源，轻者干扰设备正常运行，影响人们的正常生活，重者致使工业上的大型生产线、系统运行瘫痪，会造成严重经济损失。国际电工委员会〔ＩＥＣ〕已于１９８８年开始对谐波限定提出了明确的要求。美国“ＩＥＥＥ电子电气工程师协会〞于１９９２年制定了谐波限定标准ＩＥＥＥ—１０００。在ＩＥＥＥｓｔｄ．５１９—１９９２标准中明确规定了计算机或类似设备的谐波电压畸变因数〔ＴＨＤ〕应在５％以下，而关于医院、飞机场等关键场所则要求ＴＨＤ应低于３％。１电网谐波的产生１．１电源本身谐波由于发电机制造工艺的问题，致使电枢表面的磁感应强度分布稍稍偏离正弦波，因此，产生的感应电动势也会稍稍偏离正弦电动势，即所产生的电流稍偏离正弦电流。当然，几个这样的电源并网时，总电源的电流也将偏离正弦波。１．２由非线性负载所致1.2.1非线性负载谐波产生的另一个原因是由于非线性负载。当电流流经线性负载时，负载上电流与施加电压呈线性关系；而电流流经非线性负载时，则负载上电流为非正弦电波，即产生了谐波。1.2.2主要非线性负载装置〔１〕开关电源的高次谐波：开关电源的示意图见图１。它由五部分组成：一次整流、开关振荡回路、二次整流、负载和控制，这几个部分产生的噪声不完全一样；①一次整流回路噪声：这是电容输入型线路，整流脉动电压要超过Ｃ１上的充电电压，电流才从电源输入，电流波形呈脉冲形〔图２〕，对这种脉冲状电流波进行“傅立叶展开〞后，可以看到：除了５０Ｈｚ基波分量外，还有１００Ｈｚ、１５０Ｈｚ、２００Ｈｚ、２５０Ｈｚ、３００Ｈｚ等高次谐波，这些高次谐波电流全部返回到公用电网中，造成公用电网的波形偏离５０Ｈｚ；②开关振荡回路：开关三极管Ｔ１一般以２０ｋＨｚ以上频率频繁通断，使电路产生高次谐波。其次Ｌ１、Ｌ２线圈间有漏感，在Ｔ１工作时也会形成噪声；③二次整流回路噪声：首先，高次谐波流过Ｌ２－Ｄ５－Ｌ４－Ｃ２产生噪声。电流突变过程中在Ｌ２、Ｌ４上的反电动势也会形成噪声；④控制回路噪声：在完成控制过程也会产生噪声。这几种干扰可以通过电源线等产生辐射干扰，也可以通过电源产生传导干扰。〔２〕变压器空载合闸涌流产生谐波变压器空载合闸时，可以列出以下方程：ｉ０Ｒ１＋Ｎ１＝#8226;Ｕ１#8226;ｓｉｎ〔ωｔ＋α〕求解后得到：Φ１＝－Φｍｃｏｓ〔ωｔ＋α〕＋Φｍｃｏｓα〔１〕Φｍｃｏｓ〔ωｔ＋α〕——磁通的稳态分量；Φｍｃｏｓα——磁通的暂态分量。如果合闸时，α＝０〔既在μ１＝０的瞬间合闸〕得到：Φ１＝Φｍ－Φｍｃｏｓωｔ〔２〕在合闸后半周期〔ｔ＝〕时，磁通达到最大值Φ１＝Φ１ｍａｘ＝２Φｍ，如图３。铁心中磁通波形对时间轴不对称，合计剩磁Φ０，则磁通波形再向上移Φ０，从而使对应磁化曲线工作点移向饱和区，因此在磁通变化时，会产生８～１５倍额定电流的涌流，由于线圈电阻Ｒ１的存在，变压器空载合闸涌流一般经过几个周波即