谐波防治范文（精选6篇）
谐波防治 第1篇
1 谐波的概念和测量
国际上公认的谐波定义为:“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”。波形畸变是指交流电力系统中电压或电流波形偏离正弦波。一个具有非正弦波形的周期变量可以用一组正弦变量及恒定分量之和来表示。频率与原波形频率相同的分量称为基波,其余频率为基波整数倍的分量为谐波(hannonic)。谐波频率和基波频率的比值称为谐波的次数。所讨论的非正弦畸变波形应该是周期性重复而且持续一段时间的过程,所以谐波是属于稳态范畴的概念。
要治理谐波改善供电品质,需要了解谐波类型。谐波按其性质和波动的快慢可分成四类:准稳态谐波、波动谐波、快速变化的谐波和间谐波四类。因其多样性和随机性,在实际工作中,要精确评估谐波量值非常困难,所以在IEC 6100-4-7标准中对前三类谐波进行了规定,推荐采用数理统计的方法对谐波进行测量。
GB/T 14549-1993采用观察期3 s有效测量的各次谐波均方根值的95%概率作为评价谐波的标准。为简便实用,将实测值按由大到小的方式排序,在舍去前5%个大值后剩余的最大值,近似作为95%的概率值。实际工作中,通常采用谐波测试仪来监测和分析谐波。一般来说,将用户接入公用电网的公共连接点作为谐波监测点,测量该点的电压和注入公共电网的电流后,通过对电压和电流的分析,取得谐波测量资料。
相对单点的谐波测量而言,从区域或整个电网角度来看,谐波源的定位和确定谐波模型进而分析它是一个相对复杂的过程。谐波源定位,一般采用功率方向法和瞬时负荷参数分割法。而谐波模型分析的方法一般有三种:非线性时域仿真、非线性和线性频率分析。三种方法的相同点是对电网作适当的线性化处理,只是在处理非线性设备时采取了不同的模拟方式。
2 谐波对电力系统设备的影响
1)对变压器和电动机,谐波电压使铁芯涡流损耗增加,谐波电流使铜损增加,温度上升,绝缘加速老化,降低了效率和利用率,缩短使用寿命。目前为了抑制3次谐波,常用Dyn11接线的变压器,使3次谐波在三角形连接绕组中形成环流,尽量不注入电网。但应注意,当谐波含量较大时,这些环流也可能引起变压器绕组过热。2)在谐波电压作用下,电容器会产生额外的功率损耗,加快绝缘介质的老化。更为严重的是,大量谐波电流很可能引发电容器和系统其他元件之间的并联谐振或串联谐振,造成对某次谐波电流的放大和谐波电压的增高。3)对电力电缆和配电线路,谐波电流频率增高引起明显的集中效应,导线电阻增大,线损加大,发热增加,绝缘过早老化,容易发生接地短路故障,形成潜在的火灾隐患。同时,3次谐波使三相平衡负荷的N线电流显著增加。在配电回路负荷主要是大量集中使用电子计算机和大面积采用电子节能气体光源照明的场合,N线电流甚至达到相线电流的两倍,致使N线过热、烧毁,甚至导致火灾。4)配电回路的谐波电流含量高会使断路器遮断能力降低。5)谐波对电力系统的继电保护、计量仪表以及通信系统的设备、信号产生干扰和损害。
3 国家谐波标准限值
为了抑制谐波污染,保证电网和电气设备的安全经济运行,近几年来国家先后制定了一系列电磁兼容和安全的国家标准,对谐波的限值作出了明确的规定。在GB/T 14549-93电能质量公用电网谐波中,对0.38 kV低压电网谐波电压和谐波电流限值进行了规定。这些标准的实施,为电子设备产品的生产和检测,供配电设计以及供用电的监督管理提供了依据。
4 谐波的控制方法
1)采用无源调谐滤波器以前,传统的谐波补偿办法主要是采用LC组成的无源调谐滤波器,由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成。它利用电容、电感在谐波频率时发生谐振,提供谐波入地的低阻通路,使谐波导入大地脱离电网。它的优点是:在基波时呈容性,能够同时补偿电网中感性无功功率,具有结构简单、技术成熟、前期投资少、功率容量大、运行可靠性高、运行费用低等优点,一直被广泛使用。但它缺点也较多:受电网阻抗和运行状态影响大,易和系统发生并联谐振,导致谐波放大,甚至过载烧毁;它也只能补偿固定频率的谐波,当所需补偿谐波较多时需装置多组滤波器,既增加了成本也降低了可靠性。2)有源电力滤波器是20世纪80年代以来逐渐兴起的谐波抑制新方法,目前已成为谐波抑制的一种趋势。与无源滤波器相比,有源滤波器有以下优点:a.为高次谐波电流源,不受系统阻抗的影响。b.没有共振现象,系统结构的变化不会影响补偿效果。c.原理上比LC滤波器更为优越,用一台装置就能完成各次谐波的补偿。d.即使高次谐波的频率发生变化,也能完全补偿。有源电力滤波器的变流电路可分为电压型和电流型,目前实际应用的装置中90%以上是电压型。从与负载连接形式的角度可分为并联型有源电力滤波器和串联型有源电力滤波器两大类。现在运行的装置几乎都是并联型,上述类型既可以单独使用也可以和LC滤波器混合使用。3)高功率因数变流器整流装置是电力系统的主要谐波源。对整流装置改进,使其尽量不产生谐波,并且电流电压同相位,称高功率因数整流器或高功率因数变流器。a.采用整流电路的多重化。b.采用脉宽调制整流电路。c.采用带斩波器的二极管整流电路。d.采用矩阵式变频电路。4)在民用建筑低压配电设计中,尤其是对用电负荷主要为单相用电设备供电的配电干线,中性线(N)的截面积不应小于相线截面积。而对大量集中使用计算机、电视机等电子设备供电的场合,TN系统配电回路的N(PEN)线的截面积不应小于相线截面积的2倍,以增加N线载流量,避免导线过载发热而损坏。5)对应用电子设备和元件较多的配电线路保护,应选用有中性线过流保护的开关电器,并且应适当加大断路器的断流容量,防止短路故障时因断流容量不足损坏开关和设备。6)为防止电力电容器对谐波的放大,以致引起谐振过电压或过电流,对电容器的设置要注意以下几点:a.适当调整电容器的安装位置,以改变网络参数。b.根据可能产生谐振的谐波次数,确定电容器的容量,或调整电容器投切分组容量,以避开谐振点。c.在电容器回路中串联适当的空心电抗器,限制电容器支路的谐波电流。例如,为限制3次～5次谐波电流,可安装相当于电容器容量4%～6%的串联电抗器。7)加强对电子产品生产的管理、检测和监督,鼓励厂家采用有源功率因数校正等新技术,生产低谐波值的电子产品。从源头上对谐波污染进行治理,这是最根本的措施。
5 结语
谐波治理是综合治理过程,是改善供电品质的重要手段。GB/T 14549-1993电能质量——公用电网谐波对电网各级电压谐波水平进行了量化限制,对用户注入公用电网的谐波电流也进行了相应的规定,在主网、城网中,谐波治理有明确的规定和要求。作为电力归口管理部门有必要加强谐波治理方面的宣传,强调谐波治理的重要性和投资回报。在对谐波准确测量的基础上,提出适合用户的治理方案。这样做不仅能够改善整个网络的电力品质,同时也能延长用户设备使用寿命,提高产品质量,降低电磁污染环境,减少能耗,提高电能利用率。
参考文献
电力系统谐波和间谐波检测方法综述 第2篇
【关键词】电力系统；谐波；间谐波；检测方式
前言
电的发明方便了人们的生活和生产。电力系统供电和输送电的主要系统，其是由发电厂、送变电线路、供配电所和用电等环节而组成的电能生产与消费系统[1]。电力系统的正常运作是维持我国用电正常的关键因素。因此，在其日常维护和检测过程中需要具有良好的检测系统和检测方式，这样才能够更好的保障其使用安全性，维持我国整体电力系统的使用。但是，在其检测过程中为进一步维持供电和电网信号的稳定，需要对其进行随机性、平稳性检测，这样才能够起到检测作用。因此，谐波和间谐波成为其检测的主要方式。对谐波和间谐波检测过程中受到各种因素的影响，其准确性上也存在一定的差异。因此，学者对谐波和间谐波的检测方式进行了临床研究。
一、谐波和间谐波的检测方法综述
针对当前我国对电力系统谐波和间谐波检测方式进行临床研究，将其检测方式主要分为频谱泄露和栅栏效应两种方式，且其两种方式在其算法上存在不同对检测结果会造成不同的影响。频谱泄露主要是指对频率在fs的正弦序列的离散谱进行测量。在正常情况下fs的正弦序列只有在该处具有离散谱，如果其在其余序列上具有离散谱，则说明产生了频谱泄露。其中崔晓荣，曹太强，王汇灵在其研究过程中针对频谱泄露检测方式对电力系统进行检测，并且在其实验过程中采用模型建立的方式对频谱泄露检测方式的准确性进行了分析[1]。其研究结果显示频谱泄露检测方式虽然能够根据其离散谱产生的位置确定电力系统的信号是否稳定，是否产生泄露，但是在其应用过程中受到相关检测环境内电磁信号的影响，会对其产生一定的影响。因此，其检测方式的准确率为86.39%，在对其进行应用过程中需要采用修正检测的方式对其进行测量检测和结果修正，从而提高检测准确率。
栅栏效应主要是指在对其信号进行检测过程中将其频谱设定为栅栏状态，透过栅栏能够确定频谱的一部分，从而将采取的样本信号进行FFT计算，最终获取其离散频率。栅栏效应在其应用过程中主要是利用其栅栏漏掉频谱进行计算和检测。其中丛超，胡全义，王慧武在其研究中采用栅栏效应检测方式对谐波和间谐波进行检测，并且将其检测结果进行准确率分析，研究结果显示其准确率为87.69%。由此得出使用栅栏效应对电力系统信号进行检测过程中虽然能够对其系统的谐波和间谐波进行检测，但是其检测准确率上需要对其进行补充样本的制定，从而满足电力系统检测需求。
二、谐波和间谐波检测关键问题综述
针对当前我国过对频谱泄露和栅栏效应两种检测方式进行研究发现，其在检测过程中受到检测方式和环境因素的影响，会对检测结果造成一定的影响。因此，针对谐波和间谐波检测关键问题研究的文献进行综述。其中黄传金，曹文思，陈铁军，等在其研究中指出对谐波和间谐波进行检测过程中会产生含量小，对频谱泄露的影响敏感度较低的现象，经常产生被谐波所淹没的现象[3]。在其研究中针对这一问题对其使用频域插值法，根据谐波峰值点附近的谱线进行函数测量，从而确定其蚕食指时候满足谐波的参数值。经过实践检测研究发现二者之间存在差异性，负频率部分对正频率部分频谱的影响[3]。由此能够看出，在对电力系统谐波和间谐波进行检测过程中考虑二者产量较小，对频谱泄露影响不敏感的问题。
肖助力，龚仁喜，于槟华，等在其研究中通过利用实践检测的方式对谐波和间谐波检测中存在的问题进行研究，研究结果显示其存在当间谐波数量较多时，频谱之間会产生一定的干扰[3]。在其实验研究过程中利用时域频域结合的方式对其谐波和间谐波检测流程和信号检测周期进行重新确定和分析，分析当谐波数量较多时，频谱之间干扰关系。计算结果显示利用时域频域结合的方式对其进行样本采取能够有效的改善这一问题。综上所述在对谐波和间谐波检测的过程中应该采用合理的样本检测方式从而减低二者之间的干扰关系。
总结：根据本文的研究中得出当前我国对电力系统谐波和间谐波检测方式主要有频谱泄露和栅栏效应另种方式。在使用其进行检测过程中需要对其存在的问题进行处理，从而提高测量的准确性。
【参考文献】
[1]崔晓荣，曹太强，王汇灵.电力系统间谐波检测方法现状与发展趋势[J].电测与仪表，2012，05（01）：6-10.
[2]丛超，胡全义，王慧武.一种基于混沌振子的电力系统谐波检测新方法[J].电力系统保护与控制，2015，15（03）：7-16.
[3]黄传金，曹文思，陈铁军，等.局部均值分解在电力系统间谐波和谐波失真信号检测中的应用[J].电力自动化设备，2013，09（01）：68-73.
浅谈现代建筑中的谐波及其防治 第3篇
在理想的干净供电系统中,电流和电压都是正弦波的。在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里,流过的电流与施加的电压成正比,流过的电流是正弦波。在实际的供电系统中,由于有非线性负荷的存在,当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时,就形成非正弦电流。任何周期性波形均能以傅立叶级数来分析得到可分解为一个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波。谐波频率是基频的整倍数,例如基频为50Hz,二次谐波为100Hz,三次谐波则为150Hz。因此畸变的电流波形可能有二次谐波、三次谐波……可能直到第N次谐波组成(图1)。自从变流装置的应用使谐波电流在供电系统中出现以来,近年来,随着产生谐波的设备类型及数量越来越多,其影响面也越来越广。所以,我们很多时候不得不考虑谐波和它的不良影响,以及如何将不良影响减少到最小。
在民用建筑中,具有一定非线性负载特性的设备是产生谐波的主要扰动源,可归纳为以下几类:(1)照明系统中的照明电子镇流器、调光设备。(2)计算机、复印机、打印机等办公自动化设备。(3)UPS不间断电源及开关电源。(4)电梯、空调等动力设备中普遍应用的变频传动装置(VFD)。(5)其他具有一定非线性负载特性的电子控制设备。以上(1)、(2)类设备具有数量大、多台型号规格相同、负载特性相同的特点,其中同种设备产生的谐波电流叠加,如个人计算机电流谐波畸变率可达75%,此类设备对总谐波畸变率的影响不容忽视;(3)类扰动源UPS不间断电源及开关电源属于非线性负荷,它们的交流输入有大量谐波电流反馈至低压配电网,使电网遭受污染;(4)类扰动源变频传动装置(VFD)产生的谐波可使输入电流波形严重畸变,如图3所示。此类设备(未采取防范措施时)产生的谐波对总谐波畸变率影响较大。总谐波畸变率THD是以基波为准的一个比值,用百分数表示,分为总电压谐波畸变率和总电流谐波畸变率。总电流谐波畸变率计算公式如下:
式中:Ih2、Ih3——各次谐波电流有效值
I1——基波电流有效值
在国际电气组织IEC的工业标准36.1993里规定,6.6k V以下的中低电压供电,全部的谐波电压变形均不得大于5%。当各次谐波电压低于规定的限值时,总的谐波电压畸变不超过8%。该规定兼顾了供电系统与制造商的共同利益。
在GB/T14549-93标准中规定:380V电网中各奇次谐波电压含有率限值为4%,各偶次谐波电压含有率限值为2%。总的谐波电压畸变率允许值为5%(以上均指相电压)。
GB50174-93(电子计算机房设计规范)在电源质量分级中对谐波电压畸变率提出明确限值。计算机房电源质量划分为A、B、C三级,允许谐波电压畸变率限值A级为3%~5%,B级为5%~8%,C级为8%~10%。依据上述有关标准,将电源系统的总谐波电压限制在规定值以下。若超过规定值应适当采取防范措施。
谐波电流畸变能对电压畸变产生很大影响,因此采取降低各类电气及电子设备的谐波电流至允许值来满足低压配电网的兼容水平是行之有效的手段。在分析谐波电流时,应注意多台设备产生的谐波电流具有一定规则的叠加性,也应考虑并非所有产生谐波的设备同时处于工作状态。
2 谐波畸变主要危害
1)导致电力变压器发热。谐波导致电力变压器发热源于两方面原因:其一是谐波电流能增加变压器的铜损和漏磁损耗;其二是谐波电压能增加铁损。变压器的发热程度直接导致了变压器使用容量的降低。
2)在设备或电网中存在谐波电流或谐波电压时,将可能与无功补偿电容器组产生并联谐振或串联谐振现象,电容器的电容和电网的电感可以形成并联或串联回路,从而使谐波电流放大几十倍乃至上千倍;当并联或串联谐振回路的谐振频率与电网中存在的谐波频率接近时,谐振的电流畸变会引起进一步的电压畸变,直接后果是造成电容器故障(膨胀,爆炸,起火)及电压、电流总畸变率变大或其他电气设备故障及运转不正常。
3)导致电力电缆发热。在三相对称回路中,三次谐波(主要由系统中单相用电设备如计算机,电子整流器等产生)在三相导线中相位相同,在中性线上叠加产生了3倍于相线的谐波电流,导致中性线温度升高。现代民用建筑中大量的电子设备及电子式镇流器荧光灯,均使三次谐波在系统中的占有率增大,因此谐波引起中性线发热问题值得关注。当高频电流通过导线时,电流具有集肤效应,显然高次谐波电流的存在使线路集肤效应加重,线路外表面电流密度加大,从而导致线路(相线及中性线)发热。
4)导致对电子设备的干扰。现代建筑中自动化及电子信息设备均要求有较高的电源质量,且都工作于低电压水平,极易受到谐波的干扰而使控制失常。控制失常可能引发系统的严重故障。
5)导致低压配电设备工作异常。波形畸变可使配电用低压电器设备(断路器、漏电保护器、接触器、热继电器等)发生故障的几率提高。谐波电流使低压电器设备铁损、铜损增加,集肤效应加剧,从而增加发热、误动作等故障。
3 谐波畸变的防范措施
一般来说,消除或抑制谐波危害的防范措施如下:
1)在根据负载确定电力变压器额定容量时,应考虑谐波畸变而留有裕量。在民用建筑设计中一般应保证变压器负荷率为70%~80%左右,该负荷率的工程裕量即可防范谐波引起的变压器发热危害。
2)为避免在连接电容器组之系统产生并联或串联谐振,应采用调谐式电抗电容器组,从而有效避免谐振现象,保护电容器,降低谐波对电气设备的危害。
3)在电缆截面选择中应考虑谐波引起线缆发热的危害。对于联接谐波主要扰动源设备的配线,确定线缆载流量时应留有足够裕量。在三相四线制系统中,应考虑三次谐波电流和高次谐波电流引起的中性线发热的危害,即在中性线截面的选择中留有足够裕量。国际电工委员会(IEC)曾提议在谐波严重的回路,其中性线导线的截面应为相线截面的200%。
4)在设计和施工阶段,建议采取以下措施抑制谐波对电子设备的干扰。(1)为该类设备设计专用回路供电,尽可能避免干扰沿供电线路窜入。(2)为易受干扰设备加装线路滤波器,消除或抑制谐波分量,达到净化电源目的。目前,滤波器分为有源滤波器和无源滤波器两类,有源滤波器可以根据需要滤除所有谐波,但价格昂贵,可以根据设备情况酌情选用;(3)使该类设备配线尽可能远离谐波电流畸变严重的线路,以避免空间电磁干扰。
5)现代民用建筑中的变频传动装置(VFD)是主要的谐波扰动源,变频器的主电路一般为交-直-交组成,外部输入380V/50Hz的工频电源经三相桥式不可控整流成直流电压,经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流电源。输入侧产生谐波机理:不限于通用变频器,凡是在电源侧有整流回路的,都将产生谐波。在三相桥式整流回路中,输入电流的波形接近矩形波,按傅立叶级数分解为基波和各次谐波,通常含有6n+1(n=l,2,3….)次谐波。其中的高次谐波将干扰输入供电系统。输出侧产生谐波机理:在逆变输出回路中,输出电压和电流均有谐波。对于PWM控制的变频器,只要是电压型变频器,不管是何种PWM控制,其输出电压波形为矩形波。其中谐波频率的高低是与变频器调制频率有关,调制频率低(如1~2k Hz),人耳听得见高次谐波频率产生的电磁噪声(尖叫声);若调制频率高(如IGBT变频器可达20k Hz),人耳听不见,但高频信号是客观存在。根据电压方波及电流正弦锯齿波,用傅立叶级数不难分析出各次谐波的含量。所以,输出回路电流信号也可分解为只含正弦波的基波和其它各次谐波,而高次谐波电流对负载直接干扰。另外高次谐波电流还通过电缆向空间辐射,干扰邻近电气设备。
通常采取以下措施抑制其引发的波形畸变:(1)在变频传动装置上加装一直流串接扼流圈,其可等效为在直流母线电容器前滤波电路中的一个电感,它可降低流入电容器的线路电流变化率(d i/d t),从而降低电流峰值,改善输入电流波形如图2所示。(2)在变频传动装置上直接并入电抗器。该电抗器可过滤低频干扰,提高防电涌水平和减少谐波。其输入电流波形如图3所示。其作用原理也可减缓流人传动装置电容器电流的d i/d t,从而降低了电流的畸变水平。电抗器按通过全电流时的电压降标定,其常用值为3%~5%,一个3%的输入电抗器可降低相关频率谐波40%~60%的电流畸变。在厂家提供的产品样本中,常列出输入电抗器供设计选用。(3)某些VFD产品利用两台并联的6脉冲整流器(12脉冲整流器)通过相位变换有效地减少谐波。一般是用特别设计的12脉冲变压器来实现电源的相位变换,其输入电流波形如图6所示,该措施能降低90%的电流波形畸变水平。
6)为克服谐波引起的低压开关设备的发热和误动作,热磁型、电子型配电用断路器可适当降低额定电流使用;漏电保护器除适当降低额定电流使用外,尚应考虑谐波的泄漏电流;接触器、热继电器应适当降低额定电流使用;在谐波较严重的配电回路中可放大一级选择低压配电设备。
4 结束语
现代民用建筑中存在大量产生谐波扰动的设备,在进行电气设计时要充分考虑其对供配电系统的影响,并综合各方面的具体情况采取相应的、合适的措施。
摘要：着重分析了现代建筑中引发谐波畸变的各类扰动源,并针对谐波的危害,提出相应的防范措施。
谐波防治 第4篇
1煤矿供配电系统的谐波危害
近年来, 煤矿生产中对电能的应用越来越广泛, 煤矿生产正在逐步走向工业化和现代化。但由于煤矿生产环境具有一定特殊性和复杂性, 煤矿供配电系统在输电、配电、用电过程中都有可能受到谐波的影响。煤矿供配电系统中的谐波主要来自半导体的非线性元件, 比如各种变频器、通风机等。这些非线性元件在运行中具有非线性磁化曲线、铁芯内饱和的特性, 会导致磁化电流呈尖顶性, 含有大量的奇次谐波, 进而增加电流和电压负荷, 使工作点偏离线性轨道, 产生谐波电流。谐波电流的产生会对供配电系统和电气设备造成不利影响, 用电网元件受到谐波的影响后, 用电和输电设备的性能会大大降低, 甚至会造成电网瘫痪;如果谐波电流长时间存在, 会导致线路升温, 电缆会因过载而过热, 造成绝缘层毁坏, 进而引发火灾事故。
谐波会对变压器造成不利影响。变压器在受到谐波影响后, 会引发局部发热现象, 导致变压器的频率升高、电流增加、额外损失增大、荷能力下降、噪声增大。上述问题会直接缩短变压器的使用寿命。相关统计数据显示, 65%的变压器故障是由谐波引起的。
谐波会对通信信号造成干扰, 降低通信质量, 甚至导致传输信息数据丢失。此外, 谐波还会导致保护和控制设备误动, 这种误动对供配电系统的危害极大, 不仅会导致计量仪表出现误差, 还会导致设备故障点扩大, 使整个区域的系统均陷入瘫痪。
2煤矿供配电系统谐波的防治对策
通过上述分析, 防治谐波是保障供配电系统稳定、安全的重要基础。
2.1科学选择变压器
变压器是整个供配电系统的核心设备, 直接影响着供电的稳定性和可靠性。为了减少谐波对变压器的干扰, 保障变压器的安全, 选择合适的变压器至关重要。不同变压器的性能和特性不同, 对谐波畸变留有的裕量也不同。在选择变压器时, 必须结合负载容量、谐波畸变留有的裕量确定变压器的定额容量, 从而避免变压器被谐波干扰。此外, 还要科学地选择变压器的接线方式, 从而阻止不平衡电流和谐波电流流入供配电系统; 考虑系统的运行环境, 以保障系统的经济性、稳定性、适用性, 避免浪费资源。
2.2合理选择电力电缆
必须严格挑选煤矿供配电系统的电缆, 如果电缆存在问题, 则极易引发火灾。选择电缆时必须考虑谐波引起的发热问题, 根据谐波的影响程度确定电力电缆的截面积。在选择连接谐波主要扰动源设备的配线时, 要保障电缆的载流量留有足够的裕量, 尽可能地选择放大一级的电缆截面, 从而提高电缆的耐用性和负荷承载能力。此外, 在三相四线制系统中, 确定中性线截面积时要考虑三次谐波电流和高次谐波电流流入时引发的集肤效应, 避免因集肤效应而造成电缆发热, 进而引发火灾。
2.3加装静止无功补偿装置
加装静止无功补偿装置能有效补偿负载的无功功率, 为相关设备提供容性无功功率, 满足设备的无功需求, 从而提高电网的运行效率和功率因数, 减小负载电流, 降低电路损耗。多数谐波是因大功率设备运行而产生的, 通过加装静止无功补偿装置, 可抑制变频器运行中谐波的产生。此外, 还可补偿无功功率, 使流入的电流成为正弦波, 从而降低谐波电流产生的概率。但加装静止无功补偿装置时, 易对供配电系统的运行状态和阻抗造成影响, 且易与系统发生并联谐振, 进而放大谐波, 导致LC滤波器烧毁, 引发火灾。因此, 在应用过程中, 必须全面考虑并联谐振问题, 避免电容器组与系统产生串联谐振和并联谐振。通常情况下, 应选择调谐式的电容器组。该装置结构简单、成本低、安装简便, 能避开电流可能出现谐波的频率, 保障整个系统的稳定性和可靠性。
3结束语
新经济环境下, 人们对煤炭资源的需求量越来越大, 煤炭的开采力度随之提高, 市场竞争日益激烈。因此, 煤炭企业想要提高自身的竞争实力, 就必须保证安全生产, 在选择电气设备、电子设备时, 必须充分考虑谐波危害问题。
摘要：谐波会导致相关设备的电压和电流负担增加, 造成波形畸变, 进而影响供配电系统的稳定性和可靠性, 埋下一定的安全隐患, 甚至损坏设备。因此, 对煤矿供配电系统的谐波危害及其防治对策展开了研究。
关键词：煤矿,供配电系统,谐波,防治对策
参考文献
[1]罗杰.分析煤矿供配电系统谐波的成因与危害[J].科技与企业, 2014 (24) .
[2]范红娟, 王利民.煤矿供配电系统中谐波的分布及治理对策研究[J].山东工业技术, 2013 (12) .
谐波防治 第5篇
配网系统与用电设备相连,属于电网的负荷中心。随着科技的发展,一方面,由于配网系统的电力负载向复杂和多样性的方向发展,特别是以电力电子装置为首的非线性负载的广泛应用,电能质量有日益明显恶化的趋势;另一方面,随着信息技术的飞速发展,基于计算机、微处理器的管理、分析、检测、控制的用电设备大量投入使用,它们对供电质量要求非常苛刻。为了确保电网的供电可靠,满足用电设备对电能质量的要求,本文提出一种新型动态无功谐波综合防治技术,在传统TCR动态无功补偿方式中,采用有源电力滤波器(APF)与LC滤波器串联的方式构成动态无功谐波综合补偿装置,用于配网系统,与用电设备相连,可同时解决无功补偿、电压控制、谐波抑制等问题。
2 系统结构
配网系统动态无功谐波综合防治装置系统的结构简图如图1所示,它由TCR、LC滤波器、有源电力滤波器(APF)和耦合变压器TR等部分组成,其中TCR与LC滤波器共同完成系统的无功动态补偿,APF与LC滤波器共同完成系统的谐波抑制。APF与一个很小的附加电感LP通过耦合变压器并联后串入无源滤波器中。耦合变压器起到隔离、匹配PWM变流器的电压与电流容量的作用。从后面的分析可以得到,综合防治装置的谐波主要由无源滤波器补偿,而APF的作用是改善无源滤波器的滤波特性和抑制电网与无源滤波器之间可能发生的谐振。
3 工作原理
在进行无功谐波综合防治时,TCR和APF各自独立控制。工作时,TCR根据系统电压和功率因数的要求,对负载实施动态无功控制;APF被控制为一个谐波电流源,与LC滤波器共同作用,对系统谐波进行抑制,使流入电网的电流为正弦波。TCR是目前常用的一种动态无功补偿方式,其工作原理本文不再介绍。下面只分析综合防治装置的谐波抑制原理。
图2给出了综合防治装置进行谐波抑制时的等效电路,其中图2a为APF未投入时的等效电路,图2b为APF投入工作时的等效电路。在图2中,Zsh表示网侧的谐波等效阻抗,Ush代表电源电压Us的谐波分量, Ilh表示负载电流Il的谐波分量,Ish为电源电流Is的谐波分量。
通过对图2a进行分析,可得APF未投入时,流入电网的谐波电流为
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从式(1)可以看出,APF未投入工作时,谐波补偿效果取决于滤波器的阻抗,滤波器阻抗的偏移严重影响滤波的效果,同时存在(Zsh+Zfh)=0的可能性,即电网阻抗与滤波器阻抗发生谐振,从而使谐波放大。
综合防治装置工作时,APF相当于一个受控的谐波电流源,其产生的谐波电流IC为
IC=Ks·Ish (2)
APF投入工作时,通过对图2b等效电路进行分析,可得补偿后注入电网的谐波电流为
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可以看出,当Ks足够大时,Ish≈0,即流入电网的电流为正弦波,从而达到谐波抑制的目的。由于将电网的谐波电流引入闭环控制,它不仅能补偿负载产生的谐波电流,而且还能补偿Us畸变产生的谐波电流。同时,由于式(3)第一项分母中存在(1+Ks)·Zah,因此,即使在|Zsh+Zfh|≈0的情况下,也能保证第一项的分母不为零,从而能有效抑制电网阻抗和无源滤波器之间可能发生的谐振。但是其补偿效果取决于Ks的大小,Ks越大,补偿效果越好。为了保证控制系统的稳定性,Ks不能取得过大。
4 TCR控制电路
TCR由电抗器、晶闸管阀和控制电路构成,主电路采用三角形连接。TCR的控制采用分层控制,如图3所示,控制电路分为3层:第1层为系统控制单元,主要功能为系统控制、保护、显示、人机界面;第2层为阀控制单元(VBE)和阀监测单元(TM),主要功能为接受系统控制层的指令,生成阀各TE板所需的光脉冲序列,接受各TE 板输出的光报告脉冲,实时监测阀体状态,并反馈到系统控制层;第3层为晶闸管触发控制层(TE),主要功能为从主电路进行能量耦合,为本TE板提供电源,光接收,触发信号放大,实时监测晶闸管状态及本板状态,输出报告光脉冲。
控制电路的系统控制单元采用DSP+双CPLD的全数字控制系统,如图4所示。
5 APF的控制电路
图5给出了APF的系统结构简图,其控制电路由谐波电流指令形成电路、PWM控制电路和驱动保护电路构成。
5.1APF谐波电流指令形成电路
根据上述综合防治装置谐波抑制的工作原理,APF工作时,其输出的谐波电流指令为
i*c=kish (4)
对式(4)中的电源谐波电流ish,可通过瞬时无功功率理论计算获得。
设三相瞬时电源电流为isu,isv,isw,根据文献[1]可得瞬时有功电流ip和瞬时无功电流iq为
undefined
当isu,isv,isw不对称或含有谐波时,ip和iq中的直流分量undefined和undefined分别与三相电流的基波正序分量相对应,而它们中的交流分量分别与三相电流的谐波分量相对应。用低通滤波器就能很容易地获得ip和iq中的undefined和undefined。通过反变换,便得到isu,isv,isw的基波分量isuf,isvf,iswf为
undefined
于是,电源电流的谐波分量为
undefined
通过上面的分析,可得到APF的谐波电流指令i*c。产生谐波电流指令的控制电路原理框图如图6所示。其中,LPF为低通滤波器,用于获得ip和iq中的直流分量undefined和undefined。PLL是锁相环电路,它产生与电源电压同步的标准正弦和余弦信号[2]。
5.2PWM控制电路
本文采用定时比较方式的电流跟踪型PWM控制方法来控制APF产生所需的谐波补偿电流。其工作原理如图7所示。工作时,把谐波电流指令信号i*c和APF实际产生的补偿电流ic送入比较器进行比较,然后由比较器的输出来控制主电路器件的通断,从而达到使ic实时跟踪指令电流i*c的目的。定时比较的目的是让PWM信号至少需要一个时钟信号周期才会变化一次。这样,时钟信号的频率就限定了器件工作的最高频率,从而避免了开关频率过高最终造成器件损坏的情况发生。
6 实验结果
采用前面提出的新型动态无功谐波综合防治方案和设计方法,本项目成功研制了一套用于6 kV配网系统的3 MV·A动态无功谐波综合防治装置,并于2005年8月在安徽省淮北供电局烈山变电站正式挂网投运。系统投运后的总体补偿效果测试如下。
1)动态无功补偿情况。
35 kV烈山变电站有2台主变压器(2×10 MV·A),正常由35 kV青烈线供电。最小负荷8.16 MV·A,最大负荷15.7 MV·A,平均有功功率9.5 MV·A,平均功率因数为0.88。系统投运后,烈山变电站功率因数一直保持大于0.99。
2)谐波抑制测试结果。
APF投运前,电网电流的畸变率THD为6.47%;APF投运后, 电网电流的畸变率THD为0.69%,从而说明该补偿装置具有很好的谐波补偿效果。
7 结论
本文在传统(TCR+FC)方式中,采用APF与FC串联的方式构成一种新型动态无功谐波综合防治装置,并对该装置的电路拓扑、工作原理、谐波电流实时检测方法进行了研究,在此基础上,成功研制了一套用于6 kV配网系统的3 MV·A动态无功谐波综合防治装置,并于2005年8月在淮北供电局烈山变电站正式挂网投运。现场运行结果表明,系统挂网运行后,谐波补偿效果显著,动态无功补偿使变电站功率因数一直保持大于0.99。
参考文献
[1]王兆安,扬君,刘进军,等.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,1998.
谐波防治 第6篇
关键词：谐波,危害,滤波器
0 引言
随着非线性电力设备的广阔使用, 谐波问题在电力体系中愈来愈严重, 谐波不但把输配电与用户电力设备的正常应用影响了, 还导致了用户增加无功功率电费的支出, 并且也出现了对其它设备元件的危害。
1 谐波的产生
(1) 谐波产生的原因分析。因为电源自身电动势的偏移与非线性负载造成的是谐波产生的根本原因。当流经负载的电流时, 电压和所加的不呈线性关系, 电流就变化成非正弦, 这样谐波就产生了。基波式分量为I/T的频率, 整倍数的基波频率是谐波频率, 依据傅立叶解析道理分析, 全部重复的波形能够分解为内藏有基波频率以及一连串的基波倍数的谐波正弦波分量。谐波能够分开为偶次和奇次性, 奇次谐波的编号为第3、5、7次, 而为偶次谐波的是2、4, 6、8等, 如为50Hz时的基波, 为100HZ的2次谐波, 谐波150Hz则是3次。在三相系统平衡中, 谐波由于是对称性关系, 谐波已经没有了偶次, 谐波只有奇次。对于整流负载的三相, 6n±1次谐波是出现的谐波电流, 像5、7, 11、13、17、19等。 (2) 产生谐波源的主要设备。在日常生产活动中产生谐波的主要设备有:变速传动传动装置如变频器、晶闸管控制设备、固定式换流器如UPS、电弧炉、中频炉电影、电弧机、大型建筑物的照明设备、饱和电抗器等。
2 由谐波所引起的危害
(1) 危害电力电网的因素:进入电网的谐波电流后, 引发电网的电压变形, 让电能质量变差与挥霍电网的容量。 (2) 危害电力电容器的因素:在电容器基波电压上重叠的谐波电压, 不但把电容器运行电压的有效值增加了, 还也许大大的增加峰值电压, 造成电容器在运作中产生的部分放电不能熄灭, 而这一般是电容器损坏的一个非常主要的因素。当非正弦的是电容器的端电压时, 电容器介质中出现的附加有功损耗就是出现的额外发热, 电容器的运行温度让这些热量升高了。当畸变的电压波形时, 在介质中诱导出现部分放电的是尖顶电压波, 加上电压的有比较大的变化率, 部分放电就有很大的强度, 绝缘介质的老化速度就更加加剧了, 降低了电容器的运用时间也, 间接大大的缩短了电动机、变压器等电力设备的运用寿命, 供电的可靠性降低了, 很容易给生产经过导致严重后果。 (3) 危害电力变压器的原因:在供电变压器三相四线中, 谐波代数叠加的是三次整数倍的, 变压器感应到一次侧, 造成线圈太热, 同时让中线电流太大, 发热, 甚至烧坏。在电机运行经过中, 让交流电压波形严重失真的是谐波, 电机烧坏。变压器的铁耗还让谐波还加大了, 铁心中的磁滞损耗增加是这主要的体现, 谐波让电压的波形变得非常的差, 磁滞损耗就更大。 (4) 危害弱电体系设备的因素:经过磁场耦合的是电力线路上流过的3、5、7、11等幅值较大的奇次低频谐波电流, 不但在相邻电力线的通信线路中会出现干扰电压, 干扰通信体系的工作, 通信线路通话的清楚度被影响了, 并且在谐波与基波的一起功能下, 电话铃响会触发, 甚至在一些严重的状况下, 还会威胁通信设备和人员的安全。
3 怎样抑制谐波
3.1 谐波的波源减少
(1) 经过把整流器脉动数增加, 因为在电路中整流器广泛使用, 它也是谐波关键来源之一, n=Kp±1是它的特点频谱, 所以便能知正比关系的是p与n, 一个加大另外的一个也会跟着加大。而In≈I1/n, 因此会减少谐波电流, 也就把谐波减少了。 (2) 使用脉宽调制办法。运用PWM, 在频率所设定的周期内, 把电流电压调成等幅但不等宽的一连串交流输出电压脉冲这样来达到抑制谐波。 (3) 连线方式在三相整流变压器处使用Y-d (Y/△) 或运用D、Y (△/Y) 。能够有效清除三的倍数次谐波, 这也是最常运用抑制谐波的方法。想要加大体系里的短路容量就要运用上面的办法, 有效的把供电电压等级提升, 并变流装置增加脉动数, 同时三相负荷平衡尽量保持, 避免每一类电磁体系饱和, 避让体系谐振点。
3.2 经过在谐波源处吸收谐波
在谐波源处吸收谐波电流运用电力滤波设备, 是能够有效抑制谐波。这装置又分为有源滤波器与无源滤波器2种。关键安装在设备交流侧的是无源滤波器, 像LC回路频率和电路中谐波电流频率一样时, 就可以防止流入电网。所以, 有效抑制谐波与完善波形主动办法的是设置交流滤波器, 同时滤波器还可以向体系提供所需的局部或所有无功。
整流器、逆变器等非线性负荷, 由于其自身能够表示为出现高次谐波电流的恒流源, 故能用图1来表示高次谐波的等效电路。
流向电网的谐波电流IS与母线的谐波电压VB能表示为:
式中:注入电网的谐波电流的是IS;
谐波电流为In;
谐波电压为VB;
电网阻抗为ZS;
电网负载阻抗为ZL。
这式说明, 当电网阻抗 (ZS) 必然时, 体系负载阻抗 (ZL) 相对减小, 就能够把流向电网的谐波电流与母线的谐波电压 (电压畸变) 减小。
4 结语
中国深入开展的电能质量治理工作, 谐波污染要消除, 使用有力的抑制谐波的办法, 把谐波侵入电网减小, 从而真正把因为谐波污染带来的巨大经济损失减少。有效解决谐波问题, 意味着国内电力建设有了全新跨越性进步, 是中国将来科技进步和电力发展的优秀开端。
参考文献
[1]郎文川.供电系统谐波的产生、危害及其防护对策[J].高电压技术, 2002 (06) .