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供配电系统中谐波的危害及治理

来源:机房360 作者:魏孟刚 更新时间:2013-8-30 10:57:07

摘要:随着现代工业的高速发展,各种整流变频装置在供配电系统中的应用越来越广泛,这些非线性负载在工作过程中向电网注入谐波电流,使电网公共连接点(P.C.C)的电压波形产生畸变,并产生很强的电磁干扰(EMI),对电力系统的安全、优质、经济运行构成潜在的威胁,给周围电气环境带来极大污染,被认为是电网的一大公害,必须采取治理措施。

  设直流侧电流都为Id,将电流波形Iay2分解为傅里叶级数如下:

  

  其特征谐波为5次、7次、11次、13次等,谐波含量与谐波次数成反比,即谐波含量随着谐波次数的增加而减小。由于变压器一次侧和二次侧相差为零,变比为1,星接二次侧电流折算到一次侧的电流Iay1=Iay2,波形如图4所示。Iad1及Ia波形如图5和图6所示。  



  Iad2电流波形与Iay2相同,仅相位滞后30°,折算到一次侧电流Iad1=(Iad2-Ibd2)/3,Iad2与Ibd2相位差120°,一次侧电流Iad1折算过程如下:  

  通过式(1)和式(4)比较可知,星接二次侧电流和角接二次侧电流折算到一次侧电流谐波含量完全相同,只是5次、7次、17次、19次等次数的谐波相位正好相反,整流变压器一次侧的电流Ia由Iay1和Iad1合成,因此,两台整流变的5次、7次、17次、19次谐波互相抵消,不再流入供电系统,达到了谐波治理的目的。  


  两台6脉动的整流器通过整流变压器的30°移相,可以抵消5次、7次、17次、19次等特征谐波,使其等效输出特性为12脉动,即注入系统中的特征谐波电流次数为12k±1,但如果要进一步消除谐波,即组成等效24脉动、36脉动、48脉动等脉波数则必须要求整流变压器台数增加,且各整流变压器二次侧分别产生15°,10°,7.5°等更小的移相角,而这些移相角的产生必须依靠曲折变压器才能实现。采用曲折变压器除了变压器本身结构复杂外,也使得系统的接线变得十分复杂。曲折变压器比普通变压器要多用15%左右的导体,使导致的体积和成本增加。另外,随着谐波次数的增加,谐波消除的效率急剧下降。所以,等效脉波数不能无限制增加。采用曲折变压器的多脉动整流技术主要在大功率电解整流行业(如电解铝)使用。  

  4.2电力滤波器  

  谐波移相抵消技术仅能消除部分次数的谐波,大多数场合下,仍需要加装滤波器才能有效治理谐波。根据工作原理的不同,滤波器分为无源滤波器(简称“FC”)和有源滤波器(简称“APF”)两大类。

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