谐波控制技术范文（精选7篇）
谐波控制技术 第1篇
1 现状
1.1 谐波产生的原因
变频调速装置大量使用了可控、半控或不可控的非线性电力电子元件, 从电网中吸取连续的正弦波, 以脉动的断续方式向电网索取电流。这种脉动电流和电网的沿路阻抗共同形成脉动电压降叠加在电网的电压上, 使电压发生畸变, 形成非同期正弦波电流。其值是由基波和谐波叠加组成, 其中主要特征谐波为5、7、11、13次。谐波对电力系统造成很大的污染和干扰, 尤其是对容量小的系统, 其损害程度更大。
1.2 电能质量测试数据
高升油田雷一注水站变频器及变压器低压母线的电能质量测试数据和评估报告, 见表1。
注:测试仪器为MS2205谐波分析仪;测试日期为2014年5月。Irms是指电感产品的应用额定电流, 也称温升电流。
由表1可知, 经过谐波分析测试结果, 测试点的电压谐波总畸变率超过国家标准GB/T14549—93《电能质量公用电网谐波》5%要求, 有必要采取谐波治理措施。
2 谐波对配电系统的危害
1) 产生附加能耗。谐波造成功率因数降低, 无效电流增大, 增加变压器损耗和线路损耗, 增加补偿电容器的补偿量;谐波自身功率将增加线路损耗、变压器的铁损和铜损;谐波增加异步电动机发热损耗, 降低效率, 严重时则使其烧毁。以5次谐波电流占基波电流30%, 7次谐波电流占基波电流15%计算, 系统内线路的发热损耗将增加23%, 系统内铁芯设备损耗将增加50%以上。
2) 影响电气设备寿命。谐波电压的叠加会引起局部放电, 且系统的无功补偿电容器通常会放大谐波, 将缩短电气设备寿命;长期谐波发热加速绝缘部件老化, 降低电气设备绝缘[1]。
3) 影响安全生产。主要表现在5个方面:造成电容器过电流和过电压, 使补偿柜无法正常投切, 导致电容器烧毁;增大设备噪声和振动;使继电器保护出现误动作, 影响仪表计量精度;对通信系统产生干扰;极易引起电网局部谐振。
3 滤波技术可行性研究
目前, 国内外常用的谐波治理技术主要有LC无源滤波和有源滤波。LC无源滤波技术是通过电容电抗串联组成谐振回路, 对某一特定频率的谐波进行滤除。该方法在滤波时同时存在无功补偿, 这对固有功率因素很高的变频设备极易造成过补偿, 烧毁变频器, 引发系统谐振, 对系统造成严重危害。有源滤波技术是通过跟踪线路电流的变化, 产生与谐电流相位相反的电流来进行谐波抵消滤除。通过方案优选, 采用有源滤波器对原系统进行改造。通过谐波治理, 将谐波控制在国标GB/T14549—93《电能质量公用电网谐波》规定限值以下。
4 方案实施
1) 新增有源滤波器[2] (50k VA/75A) 2台, 设置在室外变压器围栏南侧, 电源电缆直接引自变压器A和变压器C的低压侧, 采用三相三线制, 电缆直埋敷设, 埋深0.7 m, 电缆进出地面、穿越建 (构) 筑物基础用镀锌钢管保护。有源滤波器与供配电系统连接方式为并联[3]。变压器围栏南侧新建防雨罩棚1座, 有源滤波器设置在防雨罩棚下, 固定在新建混凝土基础上。
2) 新增有源滤波器、铠装电缆金属外皮作接地, 接地极采用镀锌角钢 (50 mm×5 mm×2500 mm) , 接地线采用镀锌扁钢 (40 mm×4 mm) , 并与附近接地网相连。
5 应用效果
1) 通过谐波控制技术的应用, 滤除了变频器非线性负荷工作过程中产生的大部分谐波电流, 使之达到国标GB/T 14549—93《电能质量公用电网谐波》规定限值以下。
2) 提高线路的功率因数, 降低系统无功补偿量。
3) 降低系统电容器对谐波的放大。
4) 延长设备的使用寿命, 保证了正常生产。
摘要：油田注水开发, 注水站的高压柱塞泵机组运转需从高压电网中降压取得电力资源, 由于变频调速装置的应用使电网的谐波污染问题日趋严重, 影响了供电质量。目前谐波与电磁干扰、功率因数降低已并列为电力系统的三大公害, 因而消除供配电系统中的高次谐波问题对改善供电质量和确保电力系统安全经济运行有着积极的意义。高升油田雷一注水站采用有源滤波技术, 通过谐波控制技术的应用, 滤除了变频器非线性负荷工作过程中产生的大部分谐波电流, 使之达到国标GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波》规定限值以下;同时, 降低了系统电容器对谐波的放大, 提高了线路的功率因数, 延长了设备的使用寿命, 保证了安全生产。
关键词：注水站,供配电系统,变频调速装置,供电质量,谐波,电磁干扰,功率因素
参考文献
[1]金英立.低压配电系统产生谐波的原因及其抑制方法[J].科技创新导报, 2008 (8) :115.
[2]张博, 朴在林, 李鹏.配电网中滤波器对谐波放大的分析和抑制[J].沈阳农业大学学报, 2007, 38 (4) :637-639.
谐波控制技术 第2篇
1.1 谐波的产生
谐波的产生, 必要的条件是具有波源 (即非线性特性的用电设备) , 在电力网络当中, 这类设备正在随时间的推移越来越多。但是, 要满足供电的要求, 又不得不采用这类非线性设备。在如今的电力设备当中, 这种非线性特性的波源一共有五大类, 它们分别是: (1) 开关模式电源 (SMPS) ; (2) 电子荧光灯镇流器; (3) 直流调速传动装置; (4) 电子数据图像设备-如电视等无线电发射设备, 可控灯光设备; (5) 不间断电源 (UPS) 。这几类电力设备, 是未来电力网络的主力设施, 所以用其它设备取代它们是不太可能的。
1.2 谐波在电网中的危害
谐波的产生, 会使供电电压发生畸变, 导致电路发生损坏。轻则损坏电路元件, 影响电力的正常输送, 重则会烧坏电路设备, 致使电路长时间无法正常运行, 或者引起重大的火灾, 威胁人们的生命财产安全。尤其是用于无功补偿的电容器组, 受谐波的影响最大。除此之外, 还会产生过零噪声、中性线过热、变压器温升过高、引起剩余电流断路器错误动作等情况, 如果对这些问题不及时的进行处理, 就会产生很大的危害。
2 电网谐波检测技术
2.1 FBD法
这种方法是将各相负载与相同的串联的电导进行等效, 这样一来其消耗的功率就是标准的功率, 没有额外的损失。因此, 根据电导的数据就可以算出实际的补偿电流分量, 从而间接的计算出谐波的相关数值。这种方法在实际的运用当中, 具有操作简便、计算简单的优点, 而且它不光局限于三相电路, 可以广泛的采用, 具有较高的推广价值。目前电网中的电能质量在线监测系统站端装置基本上都是以FBD法为基础算法的设备, 便携式的电能质量分析仪也多是如此。
2.2 人工神经网络自适应方法
通过实验, 人工神经网络及信号处理中的自适应噪声对消技术可以在谐波的检测中得到有效的运用, 经过研究得到单个神经元的自适应谐波电流检测方法。这种方法的产生, 大大的降低了谐波检测的误差, 提高了谐波检测的精确程度。但是, 这种方法因为计算的过程过于复杂, 所以要用到许多的电脑软件, 极大的降低了检测的速率, 而且其在实际当中的运用技术也还没有得到完善。
2.3 模拟滤波器法
这种方法主要依赖的是模拟滤波器, 而且这种方法也是最早采用的检测方法。这种方法的实际操作方式有两种:一种是让模拟滤波器将基波分量测出来, 再通过计算就可以得到谐波分量;另一种方式是直接将滤波分量排除, 而剩下的就是谐波分量了。这种方式虽然使用的设备较为简单, 但是由于测量过程中设备容易受到外部因素的影响, 且测量的的结果不完全精确, 所以现在大多数企业都不采用此类方法。
2.4 谐波分离法
这种方法是将电压信号就行频域分析, 并将谐波分量从中分离出来, 通过进一步的测量得到相关的数据。这种方式需要采集一段时间的电流数据进行分析, 所以需要较长的时间进行相关的运算。因此, 这种方法得到的结果会有较大的延迟性, 无法反应实时状况, 用来统计较为合适, 但实时作为监控的测量方式就不太合适。
2.5 基于瞬时无功率理论的方法
此方法是依据瞬时无功功率理论进行计算的, 共有两种运算方式, 分别是DQ运算和PQ运算。这两种运算方式相互补充, 使这种测量方式趋于完美。
3 补偿控制策略
3.1 配电系统的完善
减小配电的半径, 使两点间的配电距离减小, 同时增加电路横截面积, 减小了电力传输过程中的电阻。这种方式直接减少了谐波对电路的损坏, 降低了电力传输过程当中的能量损耗。现今大多数地区都已经采用了一户一表制度, 这样的方式虽然具有一些优点, 但是在当前市政生活用电的谐波源负荷种类繁多、中性线与相线截面相同的情况下最终也无法满足谐波治理的要求。相关的解决办法是参考一些外国的处理方式, 把工业动力电网和民用低压电网分开, 不同功用的电路使用不同规格的电线及附属设备。
增大变压器的容量, 这样就加大了电路对谐波负载的承载能力。所以一般都使用Dynll接线的配电变压器, 而现在常使用的Yyn O变压器的电流容许额仅为相电流额的25%, 对谐波负载的承载能力相对较弱。所以采用较大容量变压器 (使用Dynll接线配电变压器) 对于电路的稳定具有十分重要的作用。
分开谐波源负荷与非谐波源负荷的馈电回路, 如从配电变压器低压侧出口母线 (低压电源接口点) 处分开, 使谐波源负荷产生的畸变电压对非谐波源负荷的影响降低。一些商业大楼或办公大楼的配电设计中已逐步采取这种作法。
3.2 采用补偿设备和滤波设备
在电路当中设置相应的补偿设备或装置, 进一步的提升电路的谐波承载能力。事先经过详细的技术分析, 在谐波波源处设置部分的补偿设备 (静止同步补偿装置或静止无功补偿装置) , 从而减少电路当中的谐波强度。这类方法在源头上减轻了谐波问题, 可以提高电路的使用寿命和效率, 大大降低谐波对供电网的损害。
一般通过相应的计算, 可以找到适当的位置安装无源滤波器, 结合功率因数补偿的同时也可以解决滤波的问题。这种方式因其使用的设备简单、投资较少、效率较高, 所以受到了较多的应用。但是, 此种方式也有它的弊端, 那就是它的补偿效果不理想, 而且容易受到电网阻抗以及运行状态的影响, 导致滤波器承载过重而损坏。
首先测出谐波的电流, 再通过补偿装置, 让它输出和负载谐波电流除方向相反以外其它部分完全相同的电流, 再将两种电流进行串联, 从而相互抵消, 让电网当中的电流只有基波的分量。有源滤波器的主要结构是:靠近源侧和负荷侧分别连接一并联逆变器和一串联逆变器, 它们通过公共的直流电容结合在一起, 使得有源滤波器的功能比较齐全。有源滤波器是一种新型电子装置, 它用于补偿无功、动态抑制谐波的电力, 它克服了传统滤波器的缺点, 可以适应现在负载强度高的电路当中, 并且可以动态补偿大小和频率均发生变化的谐波和无功, 而且它的补偿效果不受到电网运行状态的影响, 因此在电力网络的运用将会受到重视。
3.3 计量装置的选择
现今大多数的用电户都采用的是一户一表, 所以极大的方便了供电企业对用电户的分类。而对于那些非线性负载较大且没有消谐措施的用电户来说, 电企就可以直接在该用电户的电表上加装专门的计量表, 对其加收相应的费用, 既保证了公平性, 也保证了供电企业自身的利益。这种加装特殊电表的方式, 增加了基础设施的成本, 所以不能进行推广使用, 一般都在大型的娱乐场所、电影院或计算机中心进行安装。
4 结语
未来电力供应网络会越来越复杂, 而谐波的产生源头也会越来越多, 为了减少不必要的设备损耗以及意外灾害, 就要在源头上对谐波问题进行相应的处理。而稳定的电力供应, 将会给人们的生活、生产带来许多的好处, 有助于社会的发展和稳定。
摘要：随着科技的发展, 电力网络已经覆盖到大多数地区, 人们对电力的依赖程度也越来越大。但是, 随着发展的需要, 越来越多的新型电力设备投入到电网的使用当中, 问题也随之而产生。这些逐渐投入使用的设备, 会产生谐波, 对电力网络造成干扰, 使供电电压发生畸变。本文对谐波产生的源头进行阐述、分析, 详细叙述了配电网谐波的检测技术和补偿控制策略, 为相关问题的解决提供参考。
关键词：配电网,谐波危害,检测技术,控制策略
参考文献
[1]毫胜.配电网谐波检测及补偿控制策略探讨[A].科技创新导报, 2011 (01) .
[2]吴敬兵.企业配电网电能质量检测及控制方法研究[D].湖南大学, 2011.
[3]张定华.高压配网直挂式电能质量混合补偿技术及应用研究[D].中南大学, 2011.
[4]周海亮.统一电能质量调节器检测与补偿控制策略研究.[D].天津大学, 2008.
无功和谐波补偿装置的控制方法 第3篇
各种电力电子装置在得到广泛应用的同时,也向电网注入了大量谐波,还带来了电网电压波动严重、负序分量大、电网功率因数降低等问题。因此,解决上述问题的控制方法研究越来越多地引起人们的关注[1,2,3]。
TCR(Thyristor Controlled Reactor)型SVC响应速度快能够有效解决电压波动问题,并可通过分相调节对三相不对称负载进行平衡化补偿以消除负序分量[4,5,6]。但由于TCR本身也是谐波源,如果给每次谐波都安装滤波支路则会体积庞大,无源滤波器由于只能滤除设定次谐波且易与电网产生串、并联谐振,不能满足要求[7,8]。有源电力滤波器能够动态补偿各次谐波且响应速度快正成为电网谐波滤除的发展方向[9,10,11],可用于滤除由TCR和非线性负载产生的谐波电流,但受开关器件容量及电压等级的限制很难应用于中高压系统。
本文考虑了一种谐振阻抗型混合有源滤波器RITHAF[12](Resonant Impedance Type Hybrid Active Filter)与TCR组成的联合运行系统拓扑结构[13],可应用于中高压系统。针对此系统提出一种新的控制方法,由SVC模式控制和APF控制两部分组成。其中,SVC模式控制通过一种负序基波提取器实现电网负序基波分量的检测;通过一种改进的电压控制器实现公共连接点的电压稳定,该电压控制器的控制算法是在传统Ziegler-Nichols方法用于PID控制器参数优化上的改进。APF控制则采用特定次数谐波检测并进行相位补偿的方法,实现电网谐波分量的检测;采用神经元广义积分PI控制算法实现特定次数谐波的分频补偿,应用该算法的控制器结构简单,有较强的鲁棒性,同时应用该算法可以在线调节广义积分PI控制器的参数,从而提高系统的电流跟踪控制性能。
1 联合系统的结构与工作原理
TCR与RITHAF组成的联合运行系统结构如图1所示,其中直流侧电容C和电压型逆变器构成RITHAF的有源部分(APF)。L0和C0构成输出滤波器;L1和C1被调制在基波频率,使有源部分基本上不承受基波电压和基波电流,从而减小有源电力滤波器的容量。L5和C5、L7和C7分别组成单调谐滤波器,LH、CH和RH组成二阶高通滤波器。无源滤波器充当SVC中的固定电容器FC(Fixed Capacitor),与TCR并联组成SVC。其中TCR采用三角形接法以使三相不含3次及其整数倍次特征谐波。无源滤波器可以为电网提供固定的容性无功功率,TCR则通过调节触发角来控制电抗器向电网吸收可调感性无功,二者配合以满足负荷或者电网的无功需求。APF起到提高无源滤波器滤波性能,并抑制无源滤波器与电网等效阻抗间可能的串、并联谐振的作用。
联合运行系统的谐波阻抗形式的等效电路如图2所示,其中Zsh为电网等效谐波阻抗,Ish为电网谐波电流,ILh为负载支路(包括TCR部分)的谐波电流,RITHAF的有源部分假设为一个理想的受控电流源Ic,Uc为逆变器输出电压,IRh、IPFh分别为RITHAF的基波谐振支路电流和无源滤波支路电流,ZRh和ZPFh分别为基波谐振支路等效谐波阻抗和无源滤波器等效谐波阻抗,U0为各设备公共连接点电压。
根据基尔霍夫定律,从图2可以得出:
检测负载支路谐波电流ILh,控制有源逆变器输出电流满足:
根据式(1)(2),有
根据式(3),可以得到采用控制策略Ic=-ILh的等效电路,如图3所示。从式(3)和图3可以看出,对于谐波电流ILh而言,相当于在电网支路串联了一个阻抗ZRh。而ZRh是基波串联谐振支路的谐波阻抗,远大于无源滤波器的谐波阻抗ZPFh。因此,大部分谐波电流会流入到无源滤波器支路,从而使注入电网的谐波电流接近于0。由式(4)可以看出,由于谐波而引起的公共连接点电压U0也近乎为0,可见TCR和RITHAF组成的联合系统不但可以有效进行谐波治理,也可以减少谐波对公共连接点电压波动的影响。
Fig.3 Equivalent circuit of system with control strategy Ic=-ILh
2 联合运行系统的控制
图4为联合运行系统的控制框图,由上下2个部分构成,上部分为SVC模式控制,当处于模式1时,SVC用于补偿不平衡负荷,当处于模式2时,为SVC电压调整控制模式,SVC用于调整公共连接点处电压,提高电网功率因数;下部分为APF控制,用来滤除由非线性负载和TCR产生的谐波电流。
2.1 SVC控制
2.1.1 负序基波电流检测
通过对幅值积分信号具有的选频特性的分析[3],利用一种负序基波提取器[14]实现对负序基波电流的检测。该检测方法不需要锁相环和低通滤波器,也不需要进行αβ坐标系变换到dq坐标系及其反变换的计算。较传统的检测方法提高了系统的检测精度,消除了因延时所带来的误差。图5为负序基波电流检测实现环节,其中虚线方框为负序基波提取器,K′表示比例系数,ia、ib、ic分别为电网三相电流,iα、iβ为经过坐标变换后的两相电流,i-α1、i-β1为αβ坐标系下的两相负序基波电流,ia1、ib1、ic1分别为三相负序基波电流。
2.1.2 SVC电压控制
当图4中SVC处于控制模式2时,为SVC的电压调整控制,其控制框图详如图6所示。其中,·表示取绝对值;Uref是系统参考电压值,Urms是系统电压的方均根值;系统参考电压Uref与Urms的差值Ue作为电压控制器的输入。电压控制器的输出U′o(k)通过图4中线性化环节f(δ,I1)获得的导通角δ用于调节TCR的无功输出。
基于SVC电压控制的控制器离散表达形式为
其中分别是经过修正的控制器比例、积分和微分系数,且[15]
其中,kp、kI、kd为经过Ziegler-Nichols方法优化得到的控制器初始参数值;k1、k2和k3为3个正常数,用来调整参数k′p、k′I和k′d的值;ρ为增益调节因子,根据图6定义为
其中,Ue N(k)称为电压误差Ue(k)的归一化值。
2.2 APF控制
APF控制框图如图7所示,由两部分组成,上方虚线框为特定次数谐波检测环节,下方虚线框为神经元广义积分PI跟踪控制环节。
2.2.1 特定次数谐波检测方法
文献[16]采用基于瞬时功率理论的特定次谐波检测方法,实现过程为:检测三相负载支路(包括TCR部分)电流iLa、iLb、iLc经过Cabc-αβ变换到两相静止坐标系下的iLα、iLβ;再分别经过C pqj+和C pqj-(j为预选择谐波的次数)变换,得到旋转坐标系下的j次谐波分量i+Lpj、i+Lqj和iLpj、iLqj。谐波分量i+L pj、i+L qj、iL pj、iL qj分别经低通滤波器得到直流分量i+L pj、i+L qj、iL pj、iL qj,然后对各直流分量直接进行旋转反变换即可分别得到j次谐波分量。而在本文所述联合运行系统结构中,逆变器的输出谐波电压经无源支路作用后补偿电网谐波电流,这一过程会引起较大的相角偏差,进而影响整个系统的补偿性能。因此,本文提出对旋转反变换矩阵进行补偿,根据不同频次谐波引起的系统延时,反变换矩阵Cpqj+和Cpqj-修正为
其中,Δθj为系统硬件引起的j次谐波分量的延时角,ωs为电网基波角频率分量分别经过修改矩阵Cj+pq(Δθj)和Cjpq(Δθj)的反变换后,再经过变换,然后将各次谐波分量进行叠加,即得到消除系统硬件引起的延时的三相谐波值iLha、iLhb与iLhc。
2.2.2 神经元广义积分PI跟踪控制方法
神经元广义积分PI控制框图见图8,其中j-状态转换器见图9;以电网谐波电流iLh与逆变器输出电流ic的差值作为控制器输入,Δu是控制器输出。
定义电网谐波电流与逆变器输出电流的差值为:e(t)=iLh-ic。由于广义积分器具有对周期量的幅值进行积分并对其频率和相角不起作用的特性,因而能够得到各次谐波的广义积分信号。由图9可知,某特定次数谐波的广义积分值为
其中,ej(t)是对应于j次谐波误差的广义积分值,L[·]、L-1[·]分别表示拉普拉斯变换及反变换。
类似于常规PI控制算法,由图8所示,可以得到神经元广义积分PI控制器输出的离散表达形式:
其中,KP、KI分别是控制器的比例系数、积分系数;N为RITHAF需滤除的谐波次数的集合,而本文主要针对配电网主要次谐波,因而有
逆变器输入信号为
其中,u为图8中逆变器的输入信号;K为神经元的比例系数,其值随着误差e(k)的变化而取定:
关于式(16)的积分系数KP、比例系数KI的优化,本文采用带衰减的Hebb学习规则在线进行自适应调整,KP、KI与神经元的输入、输出和输出偏差的相关函数有关,即
其中,ηI、ηP分别为比例、积分的学习率;c0是衰减速度,且0≤c0≤1。
3 仿真结果
将本文提出的控制方法应用到联合运行系统进行仿真研究,不平衡负载由阻感和谐波电流源模拟仿真电路参数如下:电网等效阻抗R=0.005Ω,L0.8 m H;负载Ra=3.8Ω,La=10 m H,Rb=0.7Ω,Lb=10.5 m H Rc=2.3Ω,Lc=8 m H;TCR中L=85.7 m H;FC中R50.02Ω,L5=1.42 m H,C5=286.5μF,R7=0.03Ω,L70.69 m H,C7=301.2μF,RH=1.12Ω,LH=0.285 m H CH=189.7μF;基波谐振支路R1=0.092Ω,L1=20.71 m H C1=489μF;输出滤波器R0=0.06Ω,L0=0.25 m H C0=48.2μF。采用三相AC 380V/50 Hz电源供电SVC控制器参数为:k1=1,k2=1.25,k3=12。神经元广义积分PI控制器的参数设置为:c0=0.28,ηP=0.36ηI=0.51。
图10为电流补偿效果对比,其中iLa、iLb、iLc分别为三相负载电流,isa、isb、isc分别为三相电网电流。图10(a)为传统控制方法应用到联合系统中的补偿效果,补偿后的三相电流仍有不平衡存在,电流也存在一定的畸变;图10(b)为利用本文控制方法的电流补偿效果,基本上消除了三相不平衡,谐波含量大幅减少。图11为电流频谱图对比,图11(a)为负载电流频谱图,图11(b)为传统控制方法治理的电网电流频谱图,图11(c)为本文控制方法治理的电网电流频谱图。表1为治理前后的仿真数据表。
4 实验结果
为了进一步验证所提方法的正确性,进行了实验研究。实验参数如下:TCR中L=12.0 m H;FC中R5=0.1Ω,L5=0.55 m H,C5=741μF,R7=0.08Ω,L7=0.27m H,C7=767μF,RH=0.93Ω,LH=0.24 m H,CH=229μF;基波谐振支路R1=0.1Ω,L1=14.7 m H,C1=690μF。
图12是利用本文控制策略下的治理前后电网电流波形(横轴为采样点)。由于联合系统的投入,治理后的波形较治理前有了很大改善,三相电流不对称率显著下降,补偿后三相电流基本上是对称的,三相电流总畸变率分别由33.2%、26.9%、41.6%下降到3.0%、2.9%、3.0%;容性无功的投入使电网的功率因数显著提高,三相的平均功率因数由原来的0.7提高到0.95以上,显著提高了电网电能质量。
5 结论
针对一种具有功率因数补偿、补偿负载不平衡和滤除电网谐波电流的联合运行系统拓扑结构,提出了一种新的控制方法。该方法较传统的控制方法有着更好的控制性能,更好地实现了无功的动态调节并兼顾了负序基波电流的补偿,消除了电网谐波。
摘要：针对具有功率因数补偿、补偿负载不平衡和滤除电网谐波电流等功能的联合运行系统,提出一种新的控制方法,由SVC模式控制和APF控制2部分组成。其中,SVC模式控制通过负序基波提取器实现电网负序基波分量的检测;通过改进的电压控制器实现公共连接点的电压稳定。利用特定次数谐波检测并进行相位补偿的方法实现电网谐波分量的检测;利用神经元广义积分PI控制算法实现对特定次数谐波的分频补偿,应用该算法的控制器结构简单,有较强的鲁棒性,同时应用该算法可以自适应调节控制器的参数,从而提高系统的电流跟踪性能。仿真和实验结果证明了该控制方法的可行性和有效性。
一种新型谐波电流双闭环控制策略 第4篇
随着电力电子技术的发展,电力电子设备日益广泛的应用于我国工业和民用领域,使得非线性负荷大量增加,造成电网面临严重的谐波污染[1,2]。电网中存在大量的谐波,一方面会使线路损耗增大,降低电能质量,使功率因素降低,影响系统安全稳定运行;另一方面,电网中的谐波还会对邻近的通信信号产生电磁干扰,影响一定范围的通话质量,甚至在极端情况下,威胁通信设备和人员的安全[3]。
由于电网中谐波的存在给供电部门和用户都造成了极大的危害和损失。因此,国家对谐波的治理制定了相应的控制标准。我国虽然在80年代末才开始研究谐波治理技术,但进展较快,目前在理论、技术与工程应用方面取得了丰富的研究成果与现场应用经验。如西安交通大学、清华大学、湖南大学、西安赛博、上海思源、株洲国变中心、长沙博立电气等大学和企业在有源滤波理论和应用方面做出了杰出的贡献。在学者们的研究基础上,我们总结了许多提高功率因素与谐波治理的方法[4,5],如:通过无功补偿屏提高功率因素、采用消谐滤波补偿装置、无源滤波器、有源滤波器等等。目前,如何对电网中的谐波进行优化治理仍是学者们竞相研究的热门课题。
本文针对注入式混合有源滤波器(Injection Hybrid Active Power Filter,简称IHAPF)提出了一种新型谐波电流双闭环控制策略。利用广义积分控制器[6]对注入支路输出电流实现零稳态误差控制,但是由于广义积分器常用于只考虑有限的几次谐波的情况,而对于谐波频率过多的情况实现起来比较繁琐,进行仿真的系统结构框图也比较复杂。因此,本论文采用递推积分PI控制器,同样能实现对系统的无差控制,且其传递函数形式相对简单,仿真易于实现。该控制策略大大减小了基波电流流入逆变器时输出电流的增益并且能够获得较好的动态跟随性能。
1 注入式混合有源滤波器拓扑结构
注入式混合有源滤波器拓扑结构如图1所示,整个有源滤波器系统由供电和传输线路、非线性负载、注入支路、耦合变压器、输出滤波器及电压型逆变器组成[6]。从图1可以看出,注入支路的电容C1和电感L1构成基波串联谐振电路,目的是使得很少的基波电流流入耦合变压器和逆变器,大大减小逆变器的容量。基波串联谐振电路电容CS(即注入电容)一方面补偿电网基波无功,另一方面尽量使有源滤波器的输出电流注入到电网以治理电网谐波。为便于下文的分析,输出滤波器(Output Filter,简称OF)采用简单的L型,用于滤除逆变器功率器件的开断所带来的高频毛刺。直流侧电容和电压型逆变器构成有源部分,用于改善整个滤波系统的滤波性能和滤波效果,抑制无源滤波器和电网电感形成的串并联谐振,弥补无源电力滤波器存在的缺陷和不足[7,8]。
在对注入式混合有源电力滤波器进行建模时,将有源滤波器输出看成谐波电压源,将非线性负载看成谐波电流源,将逆变器看成受控电压源,从而可以得到系统从低压侧折算至高压侧的单相等效电路图(如图2所示)。
由于本论文所讨论的谐波电流主要为负载电流,因此可将图2进行简化,在这里假设电网电压输入为正弦波,其谐波忽略不计。这样由逆变器输出的谐波电流经注入支路与非线性负载产生的谐波电流相互抵消。可得简化后的等效电路图如图3所示。
根据基尔霍夫电压定律与基尔霍夫电流定律能得到如下方程:
2 注入式混合有源滤波器控制方法
有源滤波器相对于无源滤波器而言是一种动态的、灵活的谐波治理手段[9,10]。而有源滤波器的这些优良性能的实现在很大程度上依赖于对PWM逆变器的控制上。因此,采取一定的控制策略对逆变器开关模式进行控制,使逆变器输出的谐波电流能较好的跟踪给定的参考谐波电流以消除谐波,达到谐波治理的目的,是有源滤波器研究的关键[11,12]。
根据图1,可画出传统的IHAPF单闭环控制系统结构如图4所示。
由公式(1)至(5),可以画出IHAPF单闭环控制系统结构框图(如图5所示)。
图中,i*Lh(s)为给定参考电流信号取其值为与负载谐波电流幅值相等极性相反。调节器采用PI调节器[6]115-160,其传递函数为:式中KP—PI调节器的比例系数;KI—PI调节器积分系数。而PWM发生器与逆变器控制框图如图6所示,可以看成是一个滞后环节由于逆变器的开关频率T一般为千赫兹以上,其传递函数可近似为一阶惯性环节:式中KS—PWM装置放大系数;TS—PWM装置的延迟时间,TS≤T。
对传统的IHAPF单闭环控制系统进行MATLAB/Simulink[13,14,15]仿真,仿真所取参数为:CS=100μF,C1=400μF,L1=25.33 m H,L0=0.25 m H。由于在进行谐波电流检测时存在的一些检测误差,因此,谐波检测装置不可能完全滤除基波电流,这样便使得作为参考的谐波电流中带有很小一部分的基波电流[11]。这个很小的基波电流经逆变器可能产生很大的输出电流I0,而这个输出电流I0绝大部分流入基波串联谐振电路,因此在注入电流IF中几乎检测不到这个很大的逆变器输出电流,也不可能经反馈环节加以抑制。例如:当有幅值为0.1 A,相位为零的基波电流流入逆变器时,仿真结果如图6、图7所示。从仿真图可以看出逆变器的输出电流I0会有很大的增益,其增益约为1 000倍,而注入支路电流IF增益不大,约为25倍远远小于1 000。逆变器输出电流过大会烧毁功率器件,因此,需对逆变器的输出电流加以限制。根据自动控制原理,要维持被调量很少变化或基本不变,通常的思路是将被调量作为反馈量引入系统。而本文将逆变器的输出电流作为反馈量引入系统,与之前的单闭环控制系统构成双闭环控制系统。
3 新型双闭环控制策略及仿真
双闭环控制系统结构框图如图8所示。其中内环采用PI调节器,而对于外环,由于被控制量为正弦量,用传统的PI调节器进行控制会产生稳态误差。本文采用一种基于递推积分的PI调节器,实现对系统的误差控制,从而达到良好的动态跟随性能与鲁棒控制性能。
假设流入逆变器的基波电流幅值仍为0.1 A,相位为零,通过仿真发现其增益为6远远小于采用单闭环控制的输出电流1 000。仿真结果如图9所示。
对于采用递推积分PI调节器[8]控制的外环,研究其对于给定参考谐波电流信号的跟随作用。传统PI算法的离散形式如式(6)所示,式中u(K)为K时刻的控制器的输出,e(K)为K时刻的误差采样值,KP、KI分别为比例系数和积分系数。这种离散形式PI算法是对误差进行逐点积分[6]137-146。
递推积分PI算法如式(7)所示,式中u(K)为K时刻的控制器的输出,e(K)为K时刻的误差采样值,N为一个周期内的采样数,KP、KI分别为比例系数和积分系数,C为K/N取整。这种算法相当于对误差逐周期积分。
为简化计算,可利用u(K)的增量形式进行计算。在K-N时刻,式(7)可改写为:
将式(7)减去式(8)得:
也可表示成:
将上式写成s域的传递函数为,
式中T为采样时间间隔,NT=20 ms。从上式可以看出,递推积分PI调节器的传递函数包含了参考信号的周期信息,但是传统的PI调节器不包含这些信息。
为了验证递推积分PI调节器具有较好的动态跟随性能和控制精度,当给定的参考谐波信号分别为:2次谐波幅值58 A,3次谐波幅值为40 A,5次谐波幅值20 A,7次谐波幅值11 A,相位均为零时。取递推积分PI调节器的参数为:KP=20,KI=200,观察给定参考谐波电流与注入支路输出电流波形,如图10,图11所示。
4 结束语
从逆变器输出电流对于基波增益过大和采用单闭环控制时谐波注入电流对检测电路中给定的参考电流动态跟随性能不理想这两个问题对注入式混合有源电力滤波器进行分析。以逆变器的输出电流作为反馈量引入系统,大大减小了基波电流的增益;用递推积分PI调节器取代传统的PI调节器,获得了较好的动态跟随性能。通过对仿真结果的分析,表明基于递推积分PI控制算法的谐波电流双闭环控制策略具有一定的优越性与可行性。
摘要：针对有源电力滤波器负载谐波电流的控制,考虑到逆变器开环运行时动态性能差和电流检测所带来的一些误差,可能导致逆变器的输出电流发生过电流而损坏功率器件。在分析注入式混合有源滤波器的基础上,对传统谐波电流单闭环控制增加一个电流负反馈来控制逆变器的输出电流,实现对谐波电流的双闭环控制。保证了逆变器安全可靠运行,提高了整个系统的抗扰性能以及对给定参考谐波电流的跟随性能,仿真结果验证了谐波电流双闭环控制的可行性与优越性。
谐波控制技术 第5篇
1-喷油器2-进气道3-空气滤清器4-进气室5-涡流控制气门6-进气控制阀7-节气门8-真空驱动器
1-进气控制阀2-真空驱动器3-真空电磁阀4-ECU 5-转速信号6-真空罐7-节气门
1. 谐波进气增压控制系统的功能
在发动机工作时, 进气门从关闭到下一次开启的时间间隔, 取决于发动机的转速;进气管内的压力波反射回到进气门处所需的时间, 取决于压力波传播路线的长度。当进气管较长时, 压力波传播的距离长, 发动机的低速性能较好;当进气管较短时, 压力波传播的距离短, 发动机的高速性能较好。谐波进气增压控制系统的功能就是根据发动机转速的变化, 改变进气管内压力波的传播距离, 以提高充气效率, 改善发动机的性能。
2. 谐波进气增压控制系统的工作原理
谐波进气增压控制系统的工作原理如图1所示。在进气管的中部增设了进气控制阀和大容量进气室, 当发动机转速较低时, 同一气缸的进气门关闭与开启的时间间隔较长, 此时进气控制阀关闭, 使进气管内压力波的传递距离为进气门至空气滤清器的距离, 这一距离较长, 压力波反射回到进气门附近所需的时间也较长;当发动机高速运转时, 进气控制阀开启, 由于大容量进气室的影响, 使进气管内压力波的传递距离缩短为进气门到进气室之间的距离, 与同一气缸的进气门关闭与开启的时间间隔较短相适应, 从而使发动机在高速运转时得到较好的进气增压效果。
3. 谐波进气增压控制系统的组成
谐波进气增压控制系统的组成如图2所示。ECU根据发动机的转速信号控制真空电磁阀的开关, 当发动机高速运转时, 真空电磁阀开启, 真空罐内的真空进入真空驱动器的膜片气室, 真空驱动器驱动进气控制阀开启;当发动机低速运转时, 真空电磁阀关闭, 真空罐内的真空不能进入真空驱动器的膜片气室, 进气控制阀处于关闭状态。
4. 谐波进气增压控制系统工作电路
谐波进气增压控制系统电路如图3所示。主继电器触点闭合后, 通过端子“3”给真空电磁阀供电, ECU通过“ACIS”端子控制真空电磁阀的搭铁回路。
5. 谐波进气增压控制系统的检测
1) 检查谐波进气增压控制系统的工作情况
利用三通接头将真空表接入进气控制阀的真空管路中, 起动发动机, 发动机怠速运转时真空表应无指示;迅速将节气门完全打开, 真空表指针应在53.3kPa的位置摆动, 并且真空驱动器的拉杆应伸出, 说明谐波进气增压控制系统工作正常。否则, 应检查真空管路, 若真空管路无破裂、漏气现象, 则应检查真空驱动器、真空罐及真空电磁阀是否正常。
2) 检查真空驱动器
向真空驱动器的真空接口施加53.3kPa的真空压力, 真空驱动器的拉杆应移动;施加真空1min后, 拉杆应无回位动作。如不符合上述要求, 可旋动调整螺钉进行调整, 若调整无效, 说明真空驱动器损坏, 应予以更换。
3) 检查真空罐
如图4所示, 用嘴或工具向真空罐内吹气, 空气应能由A口通向B口, 但不能由B口通向A口;用手指按住B口, 施加53.3kPa的真空, 1min内真空度应无变化。如不符合上述要求, 应更换真空罐。
4) 检查真空电磁阀
(1) 检查真空电磁阀线圈有无短路或断路现象:断开点火开关, 拔下真空电磁阀插接器, 用万用表测量真空电磁阀插孔中两端子间的电阻, 20℃时电阻值应为38.5～44.5Ω, 同时两端子与阀壳不应导通, 否则应更换真空电磁阀。
谐波控制技术 第6篇
1 微电网的初级控制策略
1.1 多重PR控制器设计
传统并网逆变器的控制系统一般采用双闭环比例积分 (Proportional integral, PI) 控制器, 要求电流内环控制具有足够宽的带宽和较快的相应速度, 但同时也限制了对谐波电压的补偿能力。对此, 本文提出了一种基于多重比例谐振 (Proportional resonant, PR) 的控制器, 即采用电流内环和电压外环的控制方法[6]。
1.1.1 电流内环控制器
电流内环控制器采用电流多重比例谐振控制, 将指定次谐波的内模植入系统, 即可以得到谐振环节。电流多重比例谐振控制器的传递函数可以表示为[7]
式中:GPR (s) 为例谐振控制器的传递函数;GHC (s) 为谐波补偿器 (Harmonic compensator, HC) 的传递函数;kp I为比例增益;kr I为谐振系数;h为指定次谐波次数 (在单相系统中主要是3次和5次, 在三相系统中主要是5次和7次等) ;kr I h为h次谐振系数;ωo为基波角频率。
1.1.2 电压外环控制器
电压外环控制器采用电压多重比例谐振控制, 多重比例谐振控制器的传递函数可以表示为[8]
式中:kp V为基波比例系数;kr V为基波谐振系数;ωc为基波截止角频率;kr Vh为h次谐波谐振系数;ωch为h次谐波截止角频率。
1.2 基于虚拟阻抗的下垂控制策略
基于虚拟阻抗的下垂控制策略包括PQ计算模块、下垂控制和电压合成模块, 如图6所示[9]。
在图1中, 虚拟阻抗的下垂控制主要包括二个部分:前端部分为dq坐标系下, 根据输出电压vodq以及电流iodq计算出的有功功率与无功功率的瞬时值, 的高频分量相对较大, 进入低通滤波器后, 获得有功功率P和无功功率Q;后端第二部分为P-f和Q-U下垂控制环, 该部分根据有功功率P和无功功率Q出力的下垂特性设置输出电压幅值U与频率的指令值f, 并经电压合成就可以得到参考电压的dq轴分量v*od、v*oq。根据文献[10], 虚拟阻抗Zvir (s) 可以表示为:
式中:GV (s) 为电压外环控制的传递函数;GI (s) 为电流内环控制的传递函数;KPWM为逆变桥的增益;Lv和Rv分别为虚拟电感值和虚拟电阻值;s为变量求导函数。
综合以上的电流内环控制器、电压外环控制器、虚拟阻抗控制器以及功率控制器, 可以得到微电网的并网逆变器初级控制系统, 如图2所示。
2 基于二级控制的微电网谐波抑制策略
在低压配电网中, 非线性负荷给微电网系统的运行带来了一系列的电能质量问题, 其中功率因数降低与大量谐波增加尤显突出。为此本文提出了一种二级控制策略来抑制微电网中的谐波。该方法在上节初级控制的基础上又增加了一个二级控制环节, 它能较好地的抑制微电网中的高次谐波, 且不会对基波电流产生影响。
根据文献[11], 微电网5次、7次谐波的检测 (Harmonic detection, HD) 方法可以表示为:
式中, vdq1、vdq5、vdq7为dq旋转坐标系下的基波电压有效值、5次谐波电压有效值、7次谐波电压有效值。
微电网电压受一些非线性负荷的影响, 往往存在低次谐波电压。为了抑制这些低次谐波, 采用文献[12]的PI控制器算法设计谐波补偿环节。5次谐波、7次谐波补偿器可以表示为:
Vdc—并网逆变器直流母线电压;voabc和ioabc—电网侧三相电压、电流;Rf—阻尼电阻;Lf—滤波电感;Cf—滤波电容;Lline、Rline—线路电感、电阻;iLαβ—电流电感的α、β轴分量;vαβ和iab—电网侧电压和电流的α、β轴分量。
式中:g kp5、ki5分别为5次谐波补偿器的比例参数和积分参数;kp7、ki7分别为7次谐波补偿器的比例参数和积分参数;HD5、HD7分别为5次、7次谐波检测;HD5*为5次谐波的参考值;HD7*为7次谐波的参考值。
二级控制的谐波补偿器如图3所示。
首先监测微电网中的5次、7次谐波, 得到HD5、HD7, 然后与参考值HD5*和HD7*进行比较, 将得到比较误差δHD5和δHD7量送到谐波补偿器, 得到5次谐波补偿量HCdq5和7次谐波补偿量HCdq7, 再经过dq反变换, 最后这个补偿电压送到初级控制中的控制器。
微电网的谐波抑制二级控制如图4所示。
3 仿真分析
为了验证本文提出的微电网谐波抑制分层控制策略的有效性, 利用Matlab/Simulink搭建仿真模型, 如图5所示。
系统主电路参数:电网电压为Vg=380 V;电网频率为fg=50 Hz;直流电压为Vdc=650 V;线路阻抗为Z1=0.18+j0.51Ω, Z2=0.12+j0.34Ω;滤波电感为Lf1=Lf2=1.35 m H, 滤波电容为Cf1=Cf2=50μF。非线性负荷分别为R=20Ω, L=2 m H。控制器参数:开关频率为8 k Hz;下垂系数为mP=9.4×10-5, nq=1.5×10-3;虚拟电阻值为Rvir=2.5Ω, 虚拟电感值为Lvir=0.8 m H;电压外环为kp V=0.5, kr V=5, ωc=2×πrad/s, ωo=100×πrad/s, kr V5=10, ωc5=50×πrad/s, kr V7=10, ωc7=50×πrad/s;电流内环为kp I=10, kr I=1000, kr I5=100, kr I7=100;谐波补偿器 (HC) 为kp5=0.5, ki5=20, kp7=0.5, ki7=30。
算例1:当微电网在孤岛运行时, 微电网初级控制 (Primary control) 输出的有功功率、无功功率、电压和电流如图6、图7所示。
通过图6和图7中的仿真结果可以看出, 在t=0.02 s之后, 微电网输出的有功功率分别为:DG1为14 k W, DG2为8.5 k W;微电网输出的无功功率分别为:DG1为8 k VA, DG2为4.5 k VA。此时, 谐波补偿器在二级控制 (secondary control) 中还没有运行, 微电网系统电压基本满足要求, 但电流波形发生畸变, 如图8和图9所示。
在t=0.1 s时刻后, 微电网负荷突增, 所需功率增加, 此时谐波补偿器在二级控制中运行, 提高了电流稳定性和电能质量.同时, 微电网输出的有功功率分别为:DG1为20 k W, DG2为18 k W;微电网输出的无功功率分别为:DG1为12 k VA, DG2为11 k VA。
采用分层控制策略后的电路和电压THDi和THDv都满足<5%的要求, 如图10、图11所示。
在图10、图11其中, 电流总谐波畸变率 (THDi) 为2.57%, 5次谐波分量为1.2%, 7次谐波分量为0.24%, 11次谐波分量为0.19%;电压总谐波畸变率 (THDv) 为1.27%, 5次谐波分量为0.21%, 7次谐波分量为0.13%, 11次谐波分量为0.07%。
通过对仿真结果的分析可以看出:补偿前, 当微电网在孤岛运行条件下, 正常微电网电压运行范围内会引起的公共连接点 (PCC) 电压波形发生严重畸变;补偿后, 电压、电流的谐波得到有效抑制。
算例2:当微电网在并网运行时, 微电网初级控制通过逆变器输出的功率、电压和电流如图12~14所示。
由图12可以看出, 在没有加入谐波补偿器之前, 微电网初级控制输出的功率分别为:有功功率为DG1=14 k W, DG2=8.5 k W、无功功率为DG1=8 k VA, DG2=4.5 k VA。加入谐波补偿器之后, 微电网输出的功率分别为:有功功率为DG1=DG2=25 k W、无功功率为DG1=DG2=15 k VA。均分效果可以得到了明显改善。
从图13、图14的仿真结果可以看出, 加入了谐波补偿器之后, 微电网输出的电压和电流的均分效果得到明显改善, 保证了二级控制输出的电压和电流的正弦性, 非线性负荷造成的微电网电流总谐波畸变率和电压总谐波畸变率都满足<5%的要求, 如图15 (b) 和图16 (b) 所示。
从图15和图16可以看出, 电网频率为50 Hz时, 网侧电流的总谐波畸变率 (THDi) 为2.18%。其中:5次谐波分量为0.95%, 7次谐波分量为0.89%, 11次谐波分量为0.4%等。网侧电压的总谐波畸变率 (THDv) 为1.97%。其中:5次谐波分量为0.85%, 7次谐波分量为0.66%, 11次谐波分量为0.32%等。
根据以上的分析可知, 当微电网在并网运行时, 二级控制方式可以减小并网逆变器输出电压总谐波畸变率 (THDv) , 进而改善微电网内各节电电压的电能质量。
4 结语
本文针对微电网逆变器并网产生大量谐波的问题, 综合前人对该问题的解决思路, 提出了一种分层控制策略来抑制并网点的谐波。经对仿真案例分析得知, 在初级控制部分, 采用电压外环、电流内环以及下垂控制来控制逆变器, 实现对输出电流和电压的谐波抑制。二级控制通过对5次、7次谐波进行补偿来抑制由非线性负荷引起的并网点谐波。仿真结果表明, 在微电网孤岛运行以及开网运行时, 采用该控制策略都能很好地抑制谐波对微电网的影响, 且提高了微电网电能质量。
摘要：针对微电网分布式能源并网产生大量谐波的问题, 提出了一种分层控制的谐波抑制策略, 通过控制微电网分布式电源逆变器的输出电压和功率来实现谐波抑制。分层控制包含初级控制层和二级控制层2个层次, 初级控制层采用下垂控制, 设计了包含虚拟阻抗、电压外环、电流内环和功率环的反馈控制器;二级控制层通过测量低谐波电压, 并与参考值进行比较, 差值作为补偿量反馈回初级控制。仿真结果表明, 该分层控制策略对微电网运行中的谐波有很好的抑制作用。
关键词：微电网,谐波抑制,分层控制,补偿反馈
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谐波控制技术 第7篇
1 电气系统谐波的来源
1) 大功率电源。在电力运输过程中, 大功率的电源会产生很大的电压, 从而导致变压器中产生谐波, 大功率电源中心有很多磁铁, 在磁场的作用力下, 电源中心会产生磁场效应, 从而产生电流, 由于电源的磁场变化没有规律, 导致产生的谐波大小不一, 电源中心的磁场产生的电流越大, 谐波也越大, 对电气系统产生的危害也就越大。
2) 低压电网。电力在输出过程中, 也会产生一定谐波, 在日常生活中, 人们使用的家用电器中非线性元件占有很大的比重, 这些家用电器会产生一定的谐波电流。电气系统的发电机和变压器是产生谐波的主要因素, 发电机和变压器在运作时, 本身就存在一定的谐波, 当磁场改变以后, 磁场电流会发生改变, 从而导致谐波发生变化。
2 谐波的主要危害
1) 对整个供电系统的稳定产生影响。目前, 供电系统的保护措施大多是使用感应继电器和继电器, 如果发生故障, 感应继电器和继电器就会维护供电系统, 保证供电系统的安全状态, 由于感应继电器和继电器不能有效的区分谐波, 当谐波的含量在20%以下时, 这两种保护装置几乎不再工作状态, 对整个供电系统起不到保护作用, 电气系统一旦产生谐波, 将会对整个供电系统的安全造成严重的影响。
2) 设备产生附加谐波损耗。电气系统产生谐波后, 随着谐波电流的增加, 变压器中的铜和漏磁发生损伤, 导致变压器出现发热的状况, 谐波会使旋转电机的磁通呈现脉动性, 产生大量的噪音, 增加旋转电机的损害。谐波的产生会严重的影响设备的正常运行, 增加设备的谐波损耗, 从而破坏整个设备。
3) 降低设备的使用寿命。目前, 我国的建筑供电和用电设备的额定功率为50Hz, 如果功率超过50Hz, 电气设备的线路就很有可能发生断电的现象, 功率过大时, 会对影响整个设备的安全状况。谐波的产生会使电气设备的额定功率超过50Hz, 导致设备在运行中, 会出现电气发热、产生噪音、设备发生震动等现象, 有时还会烧毁设备的线路, 严重的降低了电气设备的使用寿命。
4) 干扰周围通信系统。由于磁场的变化没有规律, 导致产生的谐波也大小不一, 这些谐波会通过磁场的耦合作用, 对周围的通信系统产生一定程度的干扰, 在不同谐波的作用下, 通信系统的通信信号很容易发生串联的现象, 使得在通话过程中, 听话不清除对方的声音, 有时还会在通话中产生许多杂音, 谐波的产生对通信系统产生了很大的影响, 如果通话人员距离谐波比较近, 还有可能对通话人员的身体造成一定的危害。高电流的谐波还会对通信装置产生一定的影响, 威胁到电气系统的正常运行。
5) 对敏感设备的影响。谐波对一些敏感的设备造成影响, 谐波的产生会误导办公室自动化系统、消防报警系统等电子装置, 降低敏感设备的灵敏度, 使得这些电子装置无法正常运行, 谐波比较强的地方, 会完全损坏这些电子装置, 严重的威胁了发电厂的安全运行。
3 电气系统谐波的控制措施
1) 添加滤波装置。谐波对发电厂的电气系统有极大的危害, 因此, 要采取有效的控制措施, 尽可能多的减少谐波对电气系统的影响。减少谐波最有效的方法就是在源头上控制谐波, 可以在产生谐波的大功率电源、变压器及其他低压电网中安全滤波装置, 减少谐波的产生, 从而减轻谐波对系统的危害, 安装滤波装置能有效的增加电网的输电效率, 减少供电设备经常维修的状况, 增加设备的使用寿命。
2) 改变分流装置的频率。在电气系统中, 分流装置在直流电压和交流电压的共同作用下, 也很容易产生谐波, 因此, 要适当的改变分流装置的频率, 有效的降低分流装置谐波的产生, 当分流装置的频率下降时, 谐波对系统的影响也会下降, 改变分流装置频率的原理和操作都比较简单, 在防止谐波的产生中有很广泛的应用。
3) 使用无源功率技术。安装滤波装置虽然能有效的减少谐波的产生, 但不能改变谐波对电流波产生的影响, 因此, 要采取有效的措施, 降低电流中的谐波, 确保电流波不发生畸变。使用无源功率因数矫正技术能有效的减少电流谐波的含量, 改善电流波, 确保电气系统中电网的正常运行。
4) 使用有源功率技术。使用有源功率因数校正技术能有效的减少电路中的谐波, 使得整个电路的谐波不超过10%, 有源功率因素校正技术能保证线路在脉冲时, 线路中的电流的速率在一定程度上逐渐增加, 当脉冲截止后, 电流的会逐渐减小。
4 总结
谐波的产生会污染电气设备, 对发电厂的安全运行产生重要的影响, 降低发电厂的供电质量, 因此, 要准确的认识到谐波的危害, 采取正确的措施, 有效的减少谐波的产生, 要在电气系统的电源、变压器等处安装滤波装置, 改变分流装置的频率, 使用无源功率技术和有源功率技术, 有效的控制谐波的产生, 确保发电厂的正常运行, 推动社会的快速发展。
摘要：随着时代的发展和经济的进步, 我国的发电厂建设规模越来越大, 只有保证发电厂的正常运行, 才能确保社会的快速发展。由于发电厂的电气系统中常会出现谐波电压和谐波电流, 严重的污染了发电厂电力系统, 影响了发电厂的供电质量, 对社会的发展造成了一定的影响, 因此, 必须采取有效的措施预防发电厂电气系统的谐波问题, 确保社会的稳定发展。本文重点介绍了发电厂电气系统中谐波的主要问题及其控制措施。
关键词：发电厂,电气系统,谐波,问题,控制措施
参考文献
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