電子電力裝置對(duì)電網(wǎng)的影響分析

錢麗英

南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京 210046

0 引言

隨著我國(guó)在科技方面的不斷發(fā)展，相應(yīng)的電力電子技術(shù)也得到了飛速，現(xiàn)如今電力電子裝置已經(jīng)得到了冶金、化工、煤炭和運(yùn)輸?shù)戎T多領(lǐng)域的青睞，已經(jīng)成為了我國(guó)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的重要基礎(chǔ)設(shè)備之一，是我國(guó)快速發(fā)展必不可少的利器之一。在它給社會(huì)發(fā)展帶來好處的同時(shí)，需要注意的是，由于這些電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，使得大量的諧波和無(wú)功功率注入電網(wǎng)，在一定程度上降低了我國(guó)電網(wǎng)的電能質(zhì)量，產(chǎn)生了一定的電網(wǎng)污染問題。隨著這些問題的增多，其已經(jīng)成為了阻礙我國(guó)電力電子技術(shù)發(fā)展的重大障礙之一。鑒于此，為了讓人們更好地了解這些危害，本文就諧波以及無(wú)功功率進(jìn)行了分析，分析了它們各自產(chǎn)生的原因及其危害，在此基礎(chǔ)上也更深入地探討了抑制諧波污染和處理無(wú)功功率的常用方法。

1 諧波產(chǎn)生的原因

就電網(wǎng)中諧波產(chǎn)生的原因而言，可以將其大體的歸為如下兩個(gè)方面：

1）電源及輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波

在分析諧波問題時(shí)，往往會(huì)忽略一個(gè)問題，就是電源本身也會(huì)在一定程度上產(chǎn)生諧波電勢(shì)。但是由于電源本身產(chǎn)生的諧波很少，在分析電力系統(tǒng)諧波問題時(shí)也就忽略了這部分諧波。電源本身產(chǎn)生諧波的原因在于電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)存在一定的問題：電動(dòng)機(jī)中的三相繞組在制作上很難做到絕對(duì)對(duì)稱，同時(shí)對(duì)于鐵心而言，要做到絕對(duì)均勻一致等也是十分困難，由于這些問題的存在便使得電源在發(fā)出基波電勢(shì)的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一定的諧波電勢(shì)。

在輸配電系統(tǒng)方面，產(chǎn)生諧波的源頭主要是變壓器，這主要是因?yàn)椋阂坏┳儔浩鲀?nèi)部的鐵芯達(dá)到飽和時(shí)，其中的磁化曲線便會(huì)呈現(xiàn)非線性狀態(tài)，同時(shí)波形畸變的嚴(yán)重程度也會(huì)隨著飽和程度的加深而加深。另一方面，在設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，基于經(jīng)濟(jì)性的考慮，便使磁性材料工作在磁化曲線的近飽和區(qū)段，正是由于這兩方面的原因便使得變壓器產(chǎn)生了諧波電流。

2）電網(wǎng)中諧波產(chǎn)生的另外一個(gè)主要原因在于

電力系統(tǒng)負(fù)荷端存在大量的大功率換流設(shè)備和調(diào)壓裝置，比如熒光燈、變頻設(shè)備、電器等。由于這些設(shè)備本身就具有一定的非線性特征，即便我們?cè)跒槠涔┙o電壓時(shí)，供給的是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波電壓，但是由于其自身的非線性特征，也會(huì)使得這些設(shè)備在工作的同時(shí)產(chǎn)生了一定的諧波電流，隨著這些諧波電流逐漸流入電力系統(tǒng)，也就給電網(wǎng)造成了大量的諧波。

2 諧波的主要危害

由于諧波中諧波電流和諧波電壓的存在，使得電網(wǎng)遭受著一定的諧波污染，另一方面由于諧波的存在，破壞了用電設(shè)備所處的環(huán)境，而產(chǎn)生了一系列的故障和事故?？梢?，諧波的存在在一定程度上威脅著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。就諧波的主要危害而言，可以大致的分為如下的幾個(gè)方面：

1）導(dǎo)致諧振和諧波電流的放大

在電力系統(tǒng)中，為了更好地提高功率因數(shù)，往往會(huì)在電力系統(tǒng)中裝設(shè)一定量的電容器，這些電容器的存在在一般情況下是不會(huì)產(chǎn)生諧波的，但是當(dāng)電網(wǎng)中存在著一定的諧波時(shí)，此時(shí)由于電力系統(tǒng)的感抗得到了大大的增加而容抗卻相應(yīng)的減小，便有可能產(chǎn)生諧振，而危害電力系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。

2）影響系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)

電力系統(tǒng)之所以可以在一定的故障情況下運(yùn)行，這主要是因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)中常安裝了一些繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)控制裝置。但是一旦有諧波的存在，這些保護(hù)裝置便會(huì)在一定程度上受到干擾，而不能很好的工作，而威脅系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運(yùn)行。

3）影響一些設(shè)備的正常工作

由于諧波的存在，電動(dòng)機(jī)的效率可能會(huì)在一定程度上降低，同時(shí)電動(dòng)機(jī)本身可能會(huì)產(chǎn)生一定量的熱。如果不能及時(shí)的處理好諧波的存在問題，電動(dòng)機(jī)可能會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)，而影響正常的工作。諧波的存在，也可能會(huì)產(chǎn)生一定的過零問題，而直接影響到電子裝置和控制電路的正常運(yùn)行。同時(shí)諧波的存在也會(huì)干擾到通信系統(tǒng)的正常工作。

3 如何有效的抑制諧波問題

在工作中，為了更好地抑制電網(wǎng)中的諧波問題，盡量減小諧波的危害，則需要采取積極有效的技術(shù)措施，以便可以在一定程度上減少電力電子設(shè)備的諧波含量，讓設(shè)備可以正常工作。

可以采取如下的一些技術(shù)手段：1）采取多脈波變流技術(shù)手段，可以增大電力電子裝置中的脈波數(shù)，比如將6脈波的變流器設(shè)計(jì)成12 脈波，以便在一定程度上減少交流側(cè)的諧波電流含量；2）采用脈寬調(diào)制技術(shù)手段，該技術(shù)手段的主要思路是：在控制PWM輸出波形轉(zhuǎn)換時(shí)刻的條件下，盡量保證波形的對(duì)稱性，以便使得系統(tǒng)需要消除的諧波幅值為零。

另一方面也可以通過在電力系統(tǒng)中安裝一定量的電力濾波器，進(jìn)而提高濾波的性能，常見的一些濾波器有：1）無(wú)源電力濾波器；2）有源電力濾波器；3）混合型電力濾波器等。

4 無(wú)功功率產(chǎn)生的原因以及其影響

現(xiàn)如今電力系統(tǒng)的無(wú)功損耗主要體現(xiàn)在如下的兩個(gè)方面：1）輸電系統(tǒng)本身就存在吸收的無(wú)功；2）負(fù)荷消耗的無(wú)功。無(wú)功功率能夠?qū)╇娤到y(tǒng)和負(fù)荷的運(yùn)行產(chǎn)生較大的影響。就電力系統(tǒng)而言，其為了輸送無(wú)功功率，便要求兩端的電壓存在一幅值差，而這一條件只有在很窄的范圍內(nèi)才可以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于大部分的網(wǎng)絡(luò)元件和負(fù)載而言，它們基本上都需要消耗無(wú)功功率，而這些無(wú)功功率如果是要由發(fā)電機(jī)提供的話，便難以實(shí)現(xiàn)。鑒于此處理的方法是：在需要消耗無(wú)功功率的地方產(chǎn)生無(wú)功功率，也就是我們所說的無(wú)功補(bǔ)償。就無(wú)功補(bǔ)償?shù)奶幚矸椒ǘ?，主要是通過并聯(lián)電容器及其裝置，因?yàn)樵摲椒ê?jiǎn)單易行，同時(shí)可以較低運(yùn)行費(fèi)用。

無(wú)功功率對(duì)公共電網(wǎng)的影響可大體的歸為如下幾點(diǎn)：

1）在一定程度上增加了設(shè)備的容量以及設(shè)備的損耗；2）增大了變壓器的電壓降，同時(shí)降低了電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量；3）當(dāng)無(wú)功功率不足時(shí)，便有可能使得電力系統(tǒng)的電壓降低，而直接影響到設(shè)備的正常工作狀態(tài)等。

5 結(jié)論

隨著電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，其已經(jīng)貫穿了發(fā)、輸、變、配、用各個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)在電能的生產(chǎn)、輸送、分配、使用中同樣具有十分重要的作用?？梢婋娏ο到y(tǒng)已經(jīng)成為了我國(guó)發(fā)展不可或缺的重要組成部分。但是，我們同樣需要注意電力電子裝置對(duì)電網(wǎng)帶來的影響，如本文提到的諧波危害和無(wú)功功率問題，所以我們需要采取一定的有效措施盡量減小和避免這些問題的出現(xiàn)，讓電力設(shè)備等能夠正常的工作。

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