諧波治理設(shè)備在供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

袁成瑞

摘 要：隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也在不斷提升，電力電子技術(shù)也正不斷開發(fā)，在交通、電力系統(tǒng)等領(lǐng)域中，各類電子裝置應(yīng)用廣泛，與此同時(shí)，電網(wǎng)中的非線性負(fù)荷也在飛快增加，這給電力系統(tǒng)帶來了不利影響，其中諧波污染是危害最大的污染。如果能夠供配電系統(tǒng)中應(yīng)用諧波治理設(shè)備，就能使諧波得到有效的抑制，是功率因素大大升高，保障供電系統(tǒng)的安全有序運(yùn)行。本文從電網(wǎng)構(gòu)成中諧波的危害著手，對(duì)目前供配電系統(tǒng)中諧波治理設(shè)備的應(yīng)用進(jìn)行了分析，并對(duì)有源濾波器的應(yīng)用效果進(jìn)行了驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：諧波治理；供配電系統(tǒng)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM761 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）07-0171-01

近幾年來，以我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛為背景，在生產(chǎn)實(shí)踐中，變頻設(shè)備、電源設(shè)備等的廣泛應(yīng)用，雖然促進(jìn)了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量的提高，但是這些設(shè)備的運(yùn)行會(huì)促使諧波電流的產(chǎn)生，影響了供電系統(tǒng)和周圍設(shè)備，使其出現(xiàn)電流、電壓的波形嚴(yán)重失真的情況。諧波污染還會(huì)使各種用電設(shè)備的使用效率大大降低。為使電能質(zhì)量得到提高，要將有源電力濾波器等設(shè)備進(jìn)行引入，使供配電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)玫匠浞謱?shí)現(xiàn)。

1 諧波污染危害

整流電路設(shè)備是引起諧波的源頭，也是電網(wǎng)規(guī)模不斷發(fā)展、擴(kuò)大的必由之路。在工業(yè)上，諧波源通常涉及電力電子裝置。從性質(zhì)和特點(diǎn)上看，諧波的類型很多，一般有波動(dòng)諧波、間諧波和穩(wěn)態(tài)諧波等，因?yàn)槠洳淮_定性和多態(tài)性，要觀察它們?cè)诂F(xiàn)實(shí)生活中的特點(diǎn)，并對(duì)其規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，才能使諧波屬性得到確定，以進(jìn)行針對(duì)性的治理。只要有諧波產(chǎn)生，就會(huì)影響到電網(wǎng)的正常運(yùn)行，使電網(wǎng)的供電質(zhì)量下降，比如對(duì)斷路器和用電設(shè)備產(chǎn)生不利的影響[1]。

1.1 公用電網(wǎng)的額外損耗增高、輸配電設(shè)備的運(yùn)行效率降低

變壓器、電容器和其他的感性設(shè)備有過熱現(xiàn)象出現(xiàn)，如果在這種狀態(tài)下長期運(yùn)行，就必然會(huì)使設(shè)備的使用壽命降低，而電氣設(shè)備和電纜線路的絕緣老化以及擊穿現(xiàn)象是由于諧波導(dǎo)致的。

1.2 電能計(jì)量發(fā)生紊亂

大量的高次諧波電流在供電系統(tǒng)中，會(huì)對(duì)電能計(jì)量裝置的計(jì)量精度產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，干擾計(jì)量的精確度。并且，還會(huì)使電能計(jì)量裝置損壞，導(dǎo)致中線過載的現(xiàn)象，甚至?xí)?dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生。

1.3 產(chǎn)生諧波

諧波的產(chǎn)生不僅會(huì)影響到供配電系統(tǒng)，還會(huì)對(duì)通信和信息系統(tǒng)的運(yùn)行呢產(chǎn)生不利的影響，是通信質(zhì)量大大降低，如果情況嚴(yán)重，還會(huì)導(dǎo)致信息丟失，使工控系統(tǒng)的作用很難發(fā)揮。由此可見，諧波的危害是不可忽視的，想要實(shí)現(xiàn)供配電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，就必須加強(qiáng)對(duì)諧波的治理。

2 諧波治理設(shè)備在供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

一般情況下，諧波常出現(xiàn)在10kV及以下電壓等級(jí)的供配電系統(tǒng)中。針對(duì)諧波治理，可以從預(yù)防和治理2個(gè)角度入手，前者從源頭入手，避免諧波的產(chǎn)生，通過改進(jìn)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，抑制諧波的形成；后者可以改變系統(tǒng)饋線參數(shù)、或者安裝諧波治理裝置，進(jìn)行諧波補(bǔ)償。具體主要從以下幾方面入手[2]。

2.1 整流設(shè)備

整流設(shè)備的諧波產(chǎn)生和脈動(dòng)數(shù)有直接的關(guān)系，兩者呈正相關(guān)。諧波的次數(shù)越大，諧波的電流就會(huì)小。所以，在實(shí)際生產(chǎn)中，要使整流設(shè)備的脈動(dòng)數(shù)提高，才能使諧波的產(chǎn)生受到抑制。然而想要增加整流設(shè)備的脈動(dòng)數(shù)量，就要使裝置的配置提高。一般情況下，大功率的整流裝置都要使用十二、二十四脈整流，但是小功率能夠進(jìn)行脈寬調(diào)制技術(shù)的引入，使整流器輸入的電流和正弦波相近，電流與電壓還能夠同相位，進(jìn)而使大部分的低次諧波消除，將諧波的分量控制在合理的范圍。

2.2 供電設(shè)備

對(duì)于供配電系統(tǒng)來講，能夠使變壓器繞組改變，使產(chǎn)生諧波的現(xiàn)象大大降低。在運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，如果電能與標(biāo)準(zhǔn)相符合就能進(jìn)行提供，在根源上減少或消除諧波電動(dòng)勢(shì)。也可以用星型的方式進(jìn)行連接，避免產(chǎn)生三次或倍數(shù)諧波。只有考慮實(shí)際情況，才能使諧波治理技術(shù)得到有效的提升，使諧波的性質(zhì)和類型明確，有針對(duì)性的解決諧波問題。

2.3 無源電力濾波器

依照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接電容元件和電感，再與參數(shù)相結(jié)合配置，消除某次諧波的叫做無源電力濾波器。在實(shí)際應(yīng)用中，是由裝置阻抗比和配電系統(tǒng)確定濾波特性的，由于其具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)勢(shì)，方便了日后的維修[3]。然而在實(shí)踐中，有幾個(gè)問題需要注意：（1）無源電力濾波器只能對(duì)最初設(shè)定的濾波，靈活性不足，不能進(jìn)行濾波和調(diào)壓以及無功補(bǔ)償間的關(guān)系協(xié)調(diào)，還可能會(huì)影響部分濾波，和預(yù)期目標(biāo)不一致。如果碰到成分比較復(fù)雜的濾波，要進(jìn)行具體處理才能使濾波的濾除效果提升。（2）復(fù)雜的系統(tǒng)運(yùn)行情況。這種現(xiàn)象會(huì)使濾波的效果不穩(wěn)定，過高的濾波強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致設(shè)備、元件損壞。想要使這種問題得到解決，就需要引入有源電力濾波器，使諧波治理的效果提升。

2.4 有源電力濾波器

近幾年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷增長，居民生活水平的不斷改善，人們對(duì)于電力資源的質(zhì)量也有了更高的要求，由于無源電力濾波器在諧波治理中的作用不明顯，所以將有源電力濾波器引入電力系統(tǒng)中意義重大，特別是在供配電系統(tǒng)中。在系統(tǒng)中，這個(gè)設(shè)備可以將供配電系統(tǒng)中電流運(yùn)算部分中的無功、諧波電流進(jìn)行提取，變流器再對(duì)它進(jìn)行電流補(bǔ)償。經(jīng)過這些處理，可以使電網(wǎng)中的諧波電流成分得到降低甚至消除，來使電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量得到提升，給居民提供良好的用電體驗(yàn)。相比較無源電力濾波器來說，有源電力濾波器的優(yōu)勢(shì)更加明顯，可以使開關(guān)器件和開關(guān)頻率產(chǎn)生的濾波得到有效的清除，并有針對(duì)性的處理供配電系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波情況[3]。并且，這個(gè)裝置在運(yùn)行過程中不會(huì)有過載的現(xiàn)象發(fā)生，在運(yùn)行時(shí)保持額定內(nèi)量，因此在實(shí)際應(yīng)用中，可以廣泛推廣有源電力濾波器，使諧波治理可以更加高效，保障電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)語

雖然諧波的危害是用多種形式表現(xiàn)出來的，但是諧波電流是致使這些危害的根源。也就是非線性設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，給電網(wǎng)發(fā)射諧波電流，所以，諧波治理的根本目標(biāo)就是使電網(wǎng)注入的諧波電流的負(fù)載減小，也就是讓電流的波形盡可能的變小，由于諧波問題的源頭是諧波電流，即使在一些情況下，諧波治理的目的是為了保障電網(wǎng)的電壓畸變率能夠在國標(biāo)范圍之內(nèi)，然而問題最終還是要回到控制諧波電流上。非線性負(fù)載的電源入口是進(jìn)行諧波治理的最好位置，這也就意味著要將非線性的負(fù)載變?yōu)榫€性負(fù)載，在這種情況之下，諧波引起的問題也就都能解決了。因?yàn)橹C波源消除了，之前的配電系統(tǒng)就如同在傳統(tǒng)的線性負(fù)載之下工作，沒有安全隱患。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來講，不管是設(shè)計(jì)配電系統(tǒng)還是設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)，都能夠依照傳統(tǒng)的規(guī)范，不用再對(duì)諧波引起的各種風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行考慮。很多的發(fā)達(dá)國家都是依照這種方法來進(jìn)行諧波治理的。

即使在諧波治理中從非線性負(fù)載的電源入線端是最好的策略，但是由于這種方案的設(shè)計(jì)成本比較高，要依據(jù)實(shí)際的情況來制定詳細(xì)的解決方案。一般來講，能夠把就地諧波治理和部分諧波治理相結(jié)合，從而形成一個(gè)高性價(jià)比的解決措施。對(duì)于功率比較大的諧波源負(fù)載來說，在諧波治理中積極的引入有源電力濾波器就能得到很好結(jié)果，使電網(wǎng)注入的諧波電流有效的減少。如果諧波源負(fù)載的功率比較小，非線性負(fù)載又較為分散，可以在母線上進(jìn)行統(tǒng)一的治理。在進(jìn)行解決方案的設(shè)計(jì)時(shí)，能夠依據(jù)配電系統(tǒng)的實(shí)際情況，使諧波治理效果完美。

參考文獻(xiàn)

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