電力系統(tǒng)諧波檢測與治理的研究

【摘要】目前隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各類變頻設(shè)備廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。由于大量電力電子設(shè)備以及非線性負(fù)載的接入，電力系統(tǒng)中混有越來越多的諧波和間諧波。目前，諧波與電磁干擾，功率因素降低并列為電力系統(tǒng)的三大公害，諧波會導(dǎo)致電能質(zhì)量的下降，這就使得用電設(shè)備以及電網(wǎng)在一定程度上會受到影響。因而了解諧波產(chǎn)生的機理，研究和清除供配電系統(tǒng)中的高次諧波，對改善供電質(zhì)量，確保電力系統(tǒng)安全，經(jīng)濟運行都有著十分重要的意義。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；電能質(zhì)量；諧波；檢測；抑制

一、研究意義及研究背景

電力系統(tǒng)輸送給用戶的電能，如果能保持恒定的幅值和工作頻率，這種狀態(tài)被稱為電力系統(tǒng)理想的運行狀態(tài)。但是，在實際輸電過程中，因為頻率會在一定的范圍內(nèi)產(chǎn)生波動，導(dǎo)致電壓也會在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生波動，所以這種理想的輸電狀態(tài)現(xiàn)在看來是不能做到的。一般意義上，對電能的分析往往只注意的問題是頻率和電壓的偏差?，F(xiàn)代社會，電氣化被廣泛應(yīng)用在許多領(lǐng)域，電氣化設(shè)備的大量投入，使電力系統(tǒng)使用的人數(shù)更多、人群更加復(fù)雜，對電氣化的研究和分析的重點和內(nèi)容也變的越來越復(fù)雜。對電能質(zhì)量要氣更高簡單的頻率和電壓偏差問題已不足，研究更多的內(nèi)容為閃變和電壓變動的問題。

二、電力系統(tǒng)諧波檢測的方法

諧波測量是目前解決諧波問題的基礎(chǔ)和主要依據(jù)，我們通過對諧波的檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)測電網(wǎng)中諧波的含量及潮流方向，計量各次諧波含量，諧波電壓電流幅值，相位等其它參數(shù)，從而提高和計量儀表的準(zhǔn)確性，對諧波源進(jìn)行分析，尋找諧波補償和治理方法，提高電網(wǎng)質(zhì)量。諧波由于具有分布性，隨機性，非線性，非平穩(wěn)性等其它一系列復(fù)雜特征，通常難以對諧波進(jìn)行準(zhǔn)確有效的測量，因此許多學(xué)者對諧波測量問題進(jìn)行廣泛而深入的研究。目前諧波測量方法按照其測量原理可以分大致分為以下幾類：1、模擬濾波器法；2、基于瞬時無功功率理論的測量方法；3、基于傅里葉變換理論的測量方法；4、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的測量方法；5、基于小波變換理論的測量方法；6、基于虛擬儀器的諧波測量方法。

三、電力系統(tǒng)諧波抑制的理論及方法

1、引言

在工業(yè)產(chǎn)業(yè)化和信息產(chǎn)業(yè)化飛速發(fā)展的今天，人們對電能質(zhì)量的要求也在同時提高。但電子裝置由于會受到自身非線性因素的干擾，使得電子器件、電力設(shè)備已成為電網(wǎng)中最重要的一類諧波源，電流、電壓波形和不對稱對電網(wǎng)造成更嚴(yán)重的失真，進(jìn)而造成的后果比較厲害。將電流諧波控制在限定值之內(nèi)并且能夠控制或者消除注入系統(tǒng)的電壓諧波。這就是我們對諧波進(jìn)行處理和完善的目的。

對系統(tǒng)中的諧波進(jìn)行抑制主要有兩種思路。一種是被動型思路。通過利用諧波補償裝置來對系統(tǒng)進(jìn)行諧波補償；另一種思路是主動型，即對設(shè)備本身進(jìn)行一定程度的改造，使諧波在設(shè)備中不能夠產(chǎn)生，進(jìn)而使其與功率有關(guān)因素控制在1內(nèi)，目前這僅適用于最為主要諧波源的電力電子裝置。在目前現(xiàn)有的諧波抑制技術(shù)當(dāng)中，PPF、APF、HAPF等通常稱呼為被動型抑制，而對電力電子設(shè)備自身進(jìn)行升級改造以及開發(fā)新型的低諧波變流器則是稱為主動型抑制。

2、被動型諧波抑制技術(shù)

（1）無源濾波器

LC無源濾波設(shè)備我們通常又稱為無源濾波設(shè)備，是一種非常容易見到的并能對諧波進(jìn)行處理的設(shè)備，其構(gòu)造為拓?fù)湫螤睿凑仗囟ǖ哪承﹨?shù)進(jìn)行配置而結(jié)合成的。通過為諧波提供高的抗阻路徑，并在有所保留的前提下而使基波短路，不注入系統(tǒng)但要通過濾波器。由各種電器原件適當(dāng)組合而構(gòu)成的濾波設(shè)備在與基波源串聯(lián)的情況下，將需要消除的間諧波次數(shù)與濾波器振動次數(shù)設(shè)為一樣的，該次基波大部分便會注入到濾波設(shè)備中，既可用于彌補不利波行，同時電感還可以彌補功率的有效部分，進(jìn)而改善系統(tǒng)的因素和功率效果。單調(diào)諧濾波器，高通濾波器和雙調(diào)諧濾波器是無源濾波設(shè)備常見的三種類型。

單調(diào)諧濾波設(shè)備主要是根據(jù)電容的諧振、電感的并聯(lián)等原理而設(shè)計的。要想使流入到濾波設(shè)備的不利波行能被掉除，只需將要濾除部分的基波次數(shù)與濾波設(shè)備的振動次數(shù)保持一致便行，從而到清除的效果。高通濾波設(shè)備同時又可分為以下幾類：一階，二階，三階以及C型高通濾波器。針對兩個單調(diào)濾波我們主要采用雙調(diào)濾波器來代替，由于該濾波器能夠減少基波損耗，并且成本具有成本低的優(yōu)點，在高通直流輸電工程中因而可以被廣泛應(yīng)用。無源濾波器由于結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備的投資較少，運行可靠性較高，運行費用較低，因而被廣泛應(yīng)用。但其主要缺點是由于補償頻帶窄，且只能消除特定的幾次諧波，并且會對其他某些次諧波產(chǎn)生放大作用；補償特性容易受運行狀態(tài)和電網(wǎng)阻抗的影響，并且容易同系統(tǒng)一起發(fā)生并聯(lián)諧振，并導(dǎo)致諧波放大，從而使得濾波器過載，嚴(yán)重甚至?xí)龤?。此外，濾波裝置自身笨重，體積較大，損耗也大。

（2）有源電力濾波器

有源電力濾波設(shè)備簡稱為APF，是電力系統(tǒng)中一類電子重要的電力設(shè)備，并且其彌補特性不再會受到系統(tǒng)電力抗阻的干擾。

①有源電力濾波設(shè)備運行的原理及工作方式

有源濾波器的工作原理實質(zhì)就是對信號檢測單元中檢測到的負(fù)載電流進(jìn)行實時電流分離，從而得到諧波電流分量和基波無功電流分量，控制單元將其反相后，然后再將其作為補充電流的指令信號，主電路產(chǎn)生補償電流跟蹤指令信號，控制單元計算出經(jīng)驅(qū)動電路后，并給功率單元的驅(qū)動供給觸發(fā)脈沖，補償功率單元的主電路會產(chǎn)生有效的補償電流，使得電網(wǎng)中電流部分僅含有基波分量，從而達(dá)到無功補償和消除諧波的目的。

②有源濾波設(shè)備常見的類型及其原理

按照連接方式來對APF進(jìn)行串-并劃分將其概括為三類型，并聯(lián)、串聯(lián)型和串-并聯(lián)型。其工作原理是彌補對象中檢驗出電流后，經(jīng)命令電流運算電路計算得到補償電流的指令信號，該信號經(jīng)補償電壓后，電路中電壓被放大，從而得出彌補電流。而由補償裝置產(chǎn)生的補償電流與諧波電流大小相等并且極性相反，當(dāng)補償電流與諧波電流相加后，電網(wǎng)中只含有基波電流分量。

四、結(jié)論

在電力系統(tǒng)中，諧波的檢測和抑制直接影響著電能的質(zhì)量。能否有效的檢測和抑制諧波意義重大。論文針對諧波檢測和抑制方法主要有模擬濾波和基于傅里葉變換的頻域分析法、基于小波變換理論的測量方法和基于虛擬儀器的諧波測量方法等電力系統(tǒng)諧波測量方法，利用MATLAB進(jìn)行了諧波檢測和抑制濾波，驗證了三種方法在不同電力輸送環(huán)境中諧波檢測和抑制的有效性，得到了滿意的效果。

【參考文獻(xiàn)】

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[2] 李紅， 楊善水. 電力系統(tǒng)諧波檢測的現(xiàn)狀與發(fā)展[M]. 現(xiàn)代電子技術(shù)， 2004（9）：81-84.

【作者簡介】

郝靜（1977—），女，漢族，內(nèi)蒙古包頭人，本科學(xué)歷，包頭輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動化學(xué)院講師，研究方向：電氣工程自動化電力。