諧波對(duì)配電網(wǎng)的影響及抑制措施

摘 要：本文對(duì)諧波對(duì)配電網(wǎng)的危害進(jìn)行簡(jiǎn)單歸納總結(jié)后，探討了配電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的機(jī)理和主要諧波源。最后，對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)中抑制和清除高次諧波的主要技術(shù)措施進(jìn)行了分析研究。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)；諧波分量；電能質(zhì)量；諧波抑制；

中圖分類(lèi)號(hào)：F40 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1諧波對(duì)配電網(wǎng)的危害

當(dāng)大量諧波電流注入到配電網(wǎng)系統(tǒng)中，就會(huì)引起系統(tǒng)出現(xiàn)電壓跌落、浪涌、電壓脈沖、甚至瞬時(shí)供電中斷等供電電能質(zhì)量問(wèn)題，即便其持續(xù)時(shí)間較短、變化較快，但對(duì)于敏感性較強(qiáng)的電氣設(shè)備而言也會(huì)造成較大的破壞作用。例如：對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而言，當(dāng)供電電源瞬時(shí)中斷，就會(huì)引起數(shù)據(jù)破壞或丟失；在0.1s短時(shí)范圍內(nèi)電壓的突然波動(dòng)，會(huì)引起精加工設(shè)備性能的正常發(fā)揮，輕者引起產(chǎn)品質(zhì)量下降不合格，重者可能導(dǎo)致精細(xì)化自動(dòng)控制設(shè)備電子元器件出現(xiàn)燒損問(wèn)題。諧波電流注入到配電網(wǎng)系統(tǒng)中，會(huì)同基波電流一起疊加，進(jìn)而增加配電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行損耗，引起供電電壓發(fā)生波動(dòng)，降低供電企業(yè)供電功率因數(shù)、可靠性和電能運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)效益，影響用戶的安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的用電。

2配電網(wǎng)主要諧波源分析

2.1發(fā)電電源產(chǎn)生的諧波分量

由于發(fā)電機(jī)其三相繞組在制作工藝上，很難做到絕對(duì)性的對(duì)稱平衡，且鐵芯結(jié)構(gòu)、繞線等也很難做到絕對(duì)均勻一致，加上其它多方面的原因，發(fā)電電源在進(jìn)行電能資源生產(chǎn)過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生諧波分量。隨著制造工藝、生產(chǎn)技術(shù)、質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)的不斷完善，發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)、接線、繞線水平得到進(jìn)一步提高，通常其運(yùn)行所產(chǎn)生的諧波分量很少，幾乎可以認(rèn)為發(fā)電機(jī)供給配電網(wǎng)的電能是具有基波頻率的正弦波形的電壓。

2.2配電變壓器產(chǎn)生的諧波分量

配電變壓器是配電網(wǎng)系統(tǒng)中電能資源分配調(diào)度的核心設(shè)備，由于配電變壓器運(yùn)行過(guò)程中存在鐵芯飽和問(wèn)題，磁化曲線呈現(xiàn)非線性特性，再加上配電變壓器在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中考慮到經(jīng)濟(jì)因素，其工作區(qū)的磁密通常選擇在近飽和區(qū)段附近。如果變壓器運(yùn)行在電壓較高工況時(shí)，即便是在正弦波電壓下，也會(huì)由于鐵芯飽和使磁化電流產(chǎn)生尖頂波形，以3次諧波成分為主。配電變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，由于三相負(fù)荷不平衡、負(fù)荷突然較大波動(dòng)等，其運(yùn)行工況點(diǎn)將遠(yuǎn)離線性工況區(qū)，進(jìn)而產(chǎn)生較大諧波電流注入到電網(wǎng)中污染配電網(wǎng)系統(tǒng)。

2.3非線性電氣負(fù)荷產(chǎn)生的諧波分量

電弧焊設(shè)備、整流設(shè)備、氣體放電燈、智能變頻空調(diào)、UPS不間斷電源、計(jì)算機(jī)等以非線性電子元件為主的電氣設(shè)備，在配電網(wǎng)系統(tǒng)中的大量推廣應(yīng)用，其運(yùn)行過(guò)程中將會(huì)產(chǎn)生大量3次諧波，注入到配電網(wǎng)系統(tǒng)中對(duì)電網(wǎng)造成污染，影響供電安全可靠性和節(jié)能經(jīng)濟(jì)性。

3配電網(wǎng)諧波抑制治理的基本指導(dǎo)原則

為了提高配電網(wǎng)供電可靠性和保障用戶用電具有較高質(zhì)量水平，要求配電網(wǎng)公共連接點(diǎn)處的電壓正弦波畸變率以及用戶注入配電網(wǎng)的諧波電流，不得超過(guò)國(guó)家頒布實(shí)施的考核標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》中的相關(guān)考核指標(biāo)規(guī)定限值，即：

4配電網(wǎng)諧波抑制技術(shù)措施探討

4.1將擾動(dòng)負(fù)荷布設(shè)在上游和分組

對(duì)于配電網(wǎng)系統(tǒng)而言，所有級(jí)別的諧波干擾均會(huì)隨短路功率的減少而增加。為了降低擾動(dòng)負(fù)荷對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)系統(tǒng)的干擾，從節(jié)能經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行考慮，筆者認(rèn)為在配電網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)將擾動(dòng)性負(fù)荷盡可能布設(shè)在靠近電源的上游側(cè)，并將可能引起擾動(dòng)的電氣設(shè)備與系統(tǒng)中的其它負(fù)荷盡量分組分開(kāi)供電，這樣可以避免諧波電流在線路中的流動(dòng)，從而降低系統(tǒng)電壓降和線路損耗，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)主動(dòng)抑制諧波、節(jié)能降耗的目的。

4.2增加整流器的脈波數(shù)

整流器是配電網(wǎng)系統(tǒng)中的主要諧波源。從大量研究結(jié)果表明，整流波形的脈波數(shù)越多，其次數(shù)低尤其是5次、7次諧波被主動(dòng)消除的量也越多。如：當(dāng)整流器的整流相數(shù)為6相時(shí)，其運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的5次諧波電流約在基波電流的20%左右，而7次諧波電流則為基波電流的12%左右；如果將整流器整流相增加到12相時(shí)，則出現(xiàn)的5次諧波電流將降到基波電流的5%左右，7次諧波電流降也將降到基波電流的3%左右，均可以達(dá)到4倍左右處理效果。

4.3加裝諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償裝置

配電網(wǎng)諧波被動(dòng)抑制現(xiàn)廣泛采用的濾波器技術(shù)，包含有源濾波器和無(wú)源濾波器兩大類(lèi)。利用時(shí)域補(bǔ)償機(jī)理的有源濾波器抑制裝置，其可以根據(jù)配電網(wǎng)運(yùn)行工況做到適時(shí)適量補(bǔ)償，且運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)增加配電網(wǎng)的容性元件，但裝置的綜合成本較高，造價(jià)較貴。而無(wú)源濾波裝置，其在高次諧波過(guò)濾吸收方面性能較優(yōu)越，且在運(yùn)行過(guò)程中能夠?qū)ㄆ鸬饺菪酝七M(jìn)作用，正好能夠滿足配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功實(shí)時(shí)補(bǔ)償要求，也就不必另外加裝并聯(lián)電容器就可以起到一定無(wú)功補(bǔ)償作用，這種方法較為經(jīng)濟(jì)、適用，在配電網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用效果較好。但對(duì)于電弧爐、卷?yè)P(yáng)機(jī)、軋機(jī)等大功率、用電負(fù)荷波動(dòng)較大的電氣設(shè)備而言，其運(yùn)行過(guò)程中不僅會(huì)產(chǎn)生較大的諧波，同時(shí)還容易引起配電網(wǎng)電壓發(fā)生較大波動(dòng)和閃變，甚至可能引起配電網(wǎng)系統(tǒng)三相發(fā)生嚴(yán)重不平衡，直接影響到配電網(wǎng)供電的高效經(jīng)濟(jì)性。此時(shí)，應(yīng)采用專門(mén)的無(wú)功補(bǔ)償裝置，如SVC、SVG、TSC等來(lái)提高配電網(wǎng)供電安全可靠性和節(jié)能經(jīng)濟(jì)性。

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