| 摘要：文中论述电能质量分析及其评价准则，电力谐波问题及其治理技术。 |
以计算机技术和功率半导体制造技术为基础和先导，开关器件的功率处理能力和切换速度有了显著提高，电力电子装置的工业市场和应用领域正在不断扩大。有资料分析，一些发达国家50%以上负载要通过电力电子装置供电。在电价较高的国家，电力电子技术的应用市场可能会更大。有专家统计，我国目前电能的30%是经过各类功率变换后供用户使用的。随着功率变换装置容量的不断增大、使用数量的迅速上升和控制方式的多样性等，电力电子装置的潜在负作用将日益突出。另一方面，各类家用电器层出不穷，精密仪器设备发展迅猛，信息时代已经到来，越来越多的电气用户对取用的电能形态和功率流动的控制与处理提出了新的要求。这样一来，越来越严重的谐波污染和越来越高的电能质量要求形成了一对日趋尖锐的矛盾。
综上所述，对电能质量已经不能仅用频率和电压这两个指标来评价了，谐波已成为电能质量另一个重要指标。因此，无论是从保障电力系统的安全、稳定、经济运行的角度，还是从用户用电设备的安全、正常工作的角度，有效地治理谐波，将其限制在允许范围之内，还电网一个洁净的电气环境，营造“绿色电网”，已经迫在眉睫。我国谐波治理的水平还比较低，对电力科技工作者来说，谐波治理问题的研究具有十分重大的理论和现实意义。
1.3 谐波治理的措施
谐波治理的措施主要有三种:一是受端治理，即从受到谐波影响的设备或系统出发，提高它们抗谐波干扰能力，二是主动治理，即从谐波源本身出发，使谐波源不产生谐波或降低谐波源产生的谐波，三是被动治理，即外加滤波器，阻碍谐波源产生的谐波注入电网，或者阻碍电力系统的谐波流入负载端。
受端治理的措施主要有以下几种:
(1)选择合理的供电方式。将谐波源由较大容量的供电点或由高一级电压的电网供电，可以减小谐波对系统和其它用电设备的影响，这必须在电网规划和设计阶段考虑。
(2)避免电容器对谐波的放大。改变电容器的串联电抗器，或将电容器组的某些支路改为滤波器，或限定电容器组的投入容量，可以有效地减小电容器对谐波的放大并保证电容器组的安全运行。
(3)提高设备抗谐波干扰能力。改进设备性能，使其在谐波环境中能够正常工作，当然这是有一定限度的，谐波较大时用电设备仍将受到严重影响。
(4)改善谐波保护性能。对谐波敏感设备采用灵敏的谐波保护装置，这能够保证在谐波超标情况下，设备不致于损坏，但不能保障设备的正常工作。
主动治理谐波的措施主要有以下几种:
(1)增加变流装置的相数或脉冲数。改造变流装置或利用相互间有一定移相角的换流变压器，可有效减小谐波含量，其中包括多脉波整流和准多脉波整流技术，但是装置更加复杂。
(2)改变谐波源的配置或工作方式。具有谐波互补性的装置应集中，否则应适当分散或交替使用，适当限制会大量产生谐波的工作方式。
(3)采用多重化技术。将多个变流器联合起来使用，用多重化技术将多个方波叠加，以消除频率较低的谐波，得到接近正弦波的阶梯波，但装置复杂，成本较高。
(4)谐波叠加注入。利用三次倍数的谐波和外部的三次倍数的谐波源，把谐波电流加到产生的矩形波形上，可用于降低给定的运行点处的某些谐波。缺点是必须保证三次倍数的谐波源与系统的同步，且谐波发生器的功率消耗常常高达整流器直流功率的10%。
(5)采用PWM技术。采用脉宽调制PWM(PulseWidthModulation)技术，使变流器产生的谐波频率较高、幅值较小，波形接近正弦波。这种方法只适用于自关断器件构成的变流器。
(6)设计或采用高功率因数变流器。比如采用矩阵式变频器、四象限变流器等，可以使变流器产生的谐波非常少，且功率因数可控制为1。
被动治理谐波的措施主要有以下几种:
(1)采用无源滤波器PF(PassiveFilter)。在谐波源附近或公用电网节点装设单调谐及高通滤波器，可以吸收谐波电流，同时还可以进行无功功率补偿，运行维护也简单。
(2)采用有源滤波器APF(ActivePowerFilter)。在谐波源附近和公用电网节点装设并联型或串联型APF，可以有效地起到补偿或隔离谐波的作用，并联型还可以进行无功功率补偿，但装置造价较高。
(3)采用混合型有源滤波器HAPF(HybridActivePowerFilter)。HAPF兼具PF成本低廉和APF性能优越的优点，属于APF的分支和发展。HAPF的种类很多，大致可分为与PF的混合、与其它变流器的混合等两类。
在被动治理谐波的措施中，无源滤波器本质上是频域处理方法，也就是将非正弦周期电流分解成傅立叶级数，对某些谐波进行吸收以达到治理的目的。有源滤波器则是在时域中对非正弦周期电流进行分解后，再进行适当的电流补偿，从而改善系统的电流波形。
PF是目前使用最为广泛的谐波治理措施，它利用电感、电容元件的谐振特性，在阻抗分流回路中形成低阻抗支路，从而减小流向电网的谐波电流。PF成本低、技术成熟，还可以补偿无功功率，但存在以下不足:
(1)只能对特定谐波进行滤波。谐振频率依赖于元件参数，因此单调谐滤波器只能消除特定次数的谐波，高通滤波器只能消除截止频率以上的谐波。
(2)滤波器参数影响滤波性能。由于调谐偏移和残余电阻的存在，调谐滤波器的阻抗等于零的理想条件是不可能出现的，阻抗的变化大大妨碍了滤波效果。LC参数的漂移将导致滤波特性改变，使滤波性能不稳定。
(3)对于谐波次数经常变化的负载滤波效果不好。当滤波器投入运行之后，如果谐波的次数和大小发生了变化，便会影响滤波效果。并且需要根据高次谐波次数的多少设置多个LC滤波电路。
(4)滤波特性依赖于电网参数。电网的阻抗和谐波频率随着电力系统的运行工况随时改变，对谐波电流的滤除效果受电力系统阻抗的影响较大。
(5)PF可能与系统阻抗发生串联或并联谐振，从而使装置无法运行，使该次谐波分量放大，使电网供电质量下降。
(6)随着电源侧谐波源的增加，可能会引起滤波器的过载，电网中的某次谐波电压可能在LC网络中产生很大的谐波电流。
(7)同一系统内，在装有很多滤波器的情况下，欲取得高次谐波流入的平衡是很困难的。
(8)电容器组无功功率补偿能力与公共连接点电压的平方成正比关系，补偿效果并不理想。
(9)消耗大量的有色金属，体积大，占地面积大。
与传统的PF一样，APF(包括HAPF)也是给谐波电流或谐波电压提供一个在谐振频率处等效导纳为无穷大的并联网络或等效阻抗为无穷大的串联网络，但是一台APF理论上可以拥有无穷多个谐振频率。与PF相比，APF具有以下一些优点:
(1)滤波性能不受系统阻抗的影响。
(2)不会与系统阻抗发生串联或并联谐振，系统结构的变化不会影响治理效果。
(3)原理上比PF更为优越，用一台装置就能完成各次谐波的治理。
(4)实现了动态治理，能够迅速响应谐波的频率和大小发生的变化。
(5)由于装置本身能完成输出限制，因此即使谐波含量增大也不会过载。
(6)具备多种补偿功能，可以对无功功率和负序进行补偿。
(7)谐波补偿特性不受电网频率变化的影响。
(8)可以对多个谐波源进行集中治理。
评论表单加载中...
