浅析电力系统谐波及其抑制技术.docx

浅析电力系统谐波及其抑制技术【摘要】随着电力系统的发展以及电力市场的开放电能质量问题越来越引起广泛关注。由于各种非线性负载（谐波源）应用普及产生的谐波对电网的污染日益严重。因此谐波及其抑制技术己成为国内外广泛关注的课题。就电力系统谐波的产生及危害进行了探讨对谐波的限治措施进行了论述。【关键词】电力系统；谐波；危害；有源电力滤波器1、谐波的产生及危害1.1谐波的产生谐波的通行定义为：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量其频率为基波频率的整数倍。”根据傅里叶变换理论对任何一个严格周期信号都可以将之分解为基波和各次谐波的和。在电力系统中谐波产生的主要途径主要来自于三个方面。首先在发电环节发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因造成发电质量不高产生少量谐波；其次输配电环节变压器的铁心饱和造成工作在非线性区是产生奇次谐波的重要原因；此外电网中应用的大量非线性设备比如：各种整流设备、放电类设备、绕组类设备等也是产生谐波的重要来源。值得一提的是以上假设是在假设系统电压为50Hz的理想情况下进行的而实际上则包含很多暂态过程对这种信号进行分析除了包含上述的基波和谐波之外还有另外一些信号成分这些信号分量的频率不是基波的整数倍的信号分量这些信号称为间谐波。间谐波和谐波是两个完全不同的概念。1.2谐波的危害谐波不仅会造成用电设备的附加损耗和发热对于旋转设备和变压器而言谐波的存在还会引发设备的振动并发出噪声长时间的振动甚至会造成机械损害。此外电力系统中存在大量的感性和容性元件谐波频率达到系统谐振频率时会产生该频率的谐振使谐波放大。当谐波引起系统谐振时谐波电压升高谐波电流增大引起继电保护及自动装置误动损坏系统设备引发系统事故威胁电力系统的安全运行。2、电力系统谐波抑制措施在电力系统中对谐波的抑制就是如何减少或消除注入系统的谐波电流以便把谐波电压控制在限定值之内抑制谐波电流主要有三方面的措施：2.1降低谐波源的谐波含量也就是在谐波源上采取措施最大限度地避免谐波的产生。这种方法比较积极能够提高电网质量可大大节省因消除谐波影响而支出的费用。具体方法有：2.11增加整流器的脉动数整流器是电网中的主要谐波源其特征频谱为：n=Kp±1则可知脉冲数p增加n也相应增大而In≈I1/n故谐波电流将减少。因此增加整流脉动数可平滑波形减少谐波。2.12脉宽调制法采用PWM在所需的频率周期内将直流电压调制成等幅不等宽的系列交流输出电压脉冲可以达到抑制谐波的目的。2.13三相整流变压器采用Y/Δ或Δ/Y的接线这种接线可消除3的倍数次的高次谐波这是抑制高次谐波的最基本的方法。2.2在谐波源处吸收谐波电流这类方法是对已有的谐波进行有效抑制的方法这是目前电力系统使用最广泛的抑制谐波方法。主要方法有以下几种：2.2.1无源滤波器无源滤波器安装在电力电子设备的交流侧由L、C、R元件构成谐振回路当LC回路的谐振频率和某一高次谐波电流频率相同时即可阻止该次谐波流入电网。由于具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点无源滤波是目前采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。但无源滤波器存在着许多缺点如滤波易受系统参数的影响；对某些次谐波有放大的可能；耗费多、体积大等。因而随着电力电子技术的不断发展人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器。2.2.2有源滤波器早在70年代初期日本学者就提出了有源滤波器APF（ActivePowerFilter）的概念即利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流使电源的总谐波电流为零达到实时补偿谐波电流的目的。与无源滤波器相比APF具有高度可控性和快速响应性能补偿各次谐波可抑制闪变、补偿无功有一机多能的特点；在性价比上较为合理；滤波特性不受系统阻抗的影响可消除与系统阻抗发生谐振的危险；具有自适应功能可自动跟踪补偿变化着的谐波[1]。目前在国外高低压有源滤波技术已应用到实践而我国还仅应用到低压有源滤波技术。随着容量的不断提高有源滤波技术作为改善电能质量的关键技术其应用范围也将从补偿用户自身的谐波向改善整个电力系统的电能质量的方向发展。2.2.3防止并联电容器组对谐波的放大在电网中并联电容器组起改善功率因数和调节电压的作用。当谐波存在时在一定的参数下电容器组会对谐波起放大作用危及电容器本身和附近电气设备的安全。可采取串联电抗器或将电容器组的某些支路改为滤波器还可以采取限定电容器组的投入容量避免电容器对谐波的放大。