電力系統中諧波治理分析裝置的研究

電能在人們的生產(chǎn)、生活中已經(jīng)*，電能質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到國民經(jīng)濟的整體效益；電網(wǎng)上各種非線(xiàn)性用電設備的大量使用，以及沖擊性負荷的運用，給電力系統帶來(lái)了嚴重的諧波污染和功率因數的明顯降低，而且危害用電設備和通信系統的穩定運行，對其長(cháng)遠的發(fā)展是不利的，因此，采取何種諧波治理措施，就成為供配電系統領(lǐng)域相關(guān)管理人員面對的一個(gè)新難題，本文以三相四線(xiàn)制為例，探討諧波治理問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：電力諧波治理，APF

　　在電工技術(shù)工程領(lǐng)域中，將諧波定義為：高于50Hz的電流或電壓成分。一般情況下，電力系統能為其用戶(hù)提供恒定工頻(50Hz) 的正弦波電壓，但有時(shí)也會(huì )出現高于50Hz的電流或電壓成分，即諧波。諧波可分為整數次諧波和分數諧波。

1導致電力諧波出現的因素

　　電力諧波出現的原因很多，這里主要介紹兩種：

　　(1) 可控硅整流器、變壓器等非線(xiàn)性電流電壓類(lèi)器械導致諧波的出現，是形成電力諧波的主要原因，這種負荷主要來(lái)自發(fā)電機、輸配電系統以及用電設備。

　　(2) 中頓爐、變頻器設備等逆變負荷，這將有可能形成整數次諧波和分數諧波兩種形式的諧波。

　　發(fā)電機是產(chǎn)生諧波的一個(gè)來(lái)源，因為在發(fā)電機設備中的三相勵磁繞組并非是嚴格的對稱(chēng)，因此磁極磁場(chǎng)也并不會(huì )嚴格按照正弦分布，導致出現諧波，想解決由此形成的諧波，就需要使發(fā)電機始終保持輸出具有基波頻率的正弦電壓。

　　輸配電系統也是諧波的主要來(lái)源之一，因為電力變壓器當中的鐵芯具有非線(xiàn)性特性，再加上在其設計中的問(wèn)題，使電力變壓器成為輸配電系統中形成諧波的直接主要的設備。在變頻裝置中，會(huì )出現兩種形式的諧波，其形成因素的分析是非常復雜的，變頻裝置中設備的功率很大，形成的諧波也會(huì )隨著(zhù)變頻的增加而增多。在現今的供電系統中，一些具有調壓整流裝置的家用電器如洗衣機、電視機、燈具、空調等，在使用過(guò)程中會(huì )出現偏大的諧波振幅，這些家用電器成為供電系統中諧波產(chǎn)生的重要來(lái)源。

　　產(chǎn)生諧波的負荷是諧波產(chǎn)生的直接原因，電網(wǎng)的短路容量、內部組織以及電網(wǎng)中其余來(lái)源的負荷是諧波產(chǎn)生的間接原因，但也不可忽視。就目前情況來(lái)看，非線(xiàn)性用電設備容量增幅較大，因此，我國電力領(lǐng)域專(zhuān)業(yè)人士需要加大對諧波監督和治理工作的研究。

2電力諧波治理

　　2.1合理安排供配電系統

　　供配電系統的設計問(wèn)題是減少電力諧波產(chǎn)生的重要出發(fā)點(diǎn)，在設計過(guò)程中，應堅持科學(xué)、嚴謹的態(tài)度，以當前研究認定的標準為準則，采取科學(xué)技術(shù)，主要工作有：運用科學(xué)儀器分析測量電網(wǎng)諧波，在設計前和設計過(guò)程中嚴格審査實(shí)際狀況。在選取設備的過(guò)程中，要分析實(shí)際狀況，審查諧波污染程度。在此基礎上分析諧波污染產(chǎn)生源，在治理過(guò)程中，加大資金投入。

　　2.2電力電容器中的諧波治理

　　在供配電系統中，要想減少諧波的產(chǎn)生，就需要減弱投切電容器時(shí)而產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓， 為此可以啟用選相斷路器來(lái)完成此項工作。電力電容器在運行過(guò)程中，若遇到系統其余部位產(chǎn)生的諧波，就會(huì )釆取相應的保護措施，明顯的就是放大某次諧波電流，這就給系統運行的穩定帶來(lái)巨大的威脅。對于這種狀況，首先要做的就是在電力回路當中將濾波電抗器串聯(lián)在一起，這樣可以有效減少諧波產(chǎn)生的頻率。

　　2.3安裝濾波器

　　安裝濾波器是治理諧波污染的又一有力武器，濾波器主要有兩個(gè)種類(lèi)：無(wú)源濾波器和有源濾波器?，F今市場(chǎng)流行使用的無(wú)源濾波器 主要是由電力電容器、電抗器和電阻這幾個(gè)成 分組合而成，但在投入使用時(shí)，會(huì )將其與諧波源并聯(lián)在一起，這樣可以發(fā)揮其濾波的價(jià)值，無(wú)源濾波器的優(yōu)勢較為明顯，價(jià)格不高，構造簡(jiǎn)單，維護過(guò)程中操作簡(jiǎn)便，能夠有效過(guò)濾掉高次諧波。有源濾波器，簡(jiǎn)稱(chēng) APF,作為當前有實(shí)力的檢測和控制系統，具有突出的高實(shí)時(shí)性，反應靈敏，能夠快速察覺(jué)電網(wǎng)中電流的變化，并及時(shí)跟隨電網(wǎng)諧波電流的變化而采取相應的應對措施，它的優(yōu)勢可以總結為：無(wú)需分析負荷諧波頻率，僅僅依靠 供配電系統中產(chǎn)生的諧波，敏銳地采取措施； 由于它自身設計上的優(yōu)勢，無(wú)需考慮它是否會(huì )過(guò)載的問(wèn)題與電源設備的運行方式融洽結合，無(wú)需考慮相背離的狀況；可以做出反應，瞬時(shí)補充諧波。

3三相四線(xiàn)制中APF對于諧波的治理

　　APF融合了技術(shù)核心，將電力電子自動(dòng)控制、高速計算機等優(yōu)勢融合其中，運用于諧波治理工作具有較強的針對性和現實(shí)性。它建立在測量下的負荷電流諧波含量指數的基礎之上，運用逆變器，使產(chǎn)生的諧波電流 與系統中諧波電流大小相同，但相位相反，這樣的諧波電流進(jìn)入電網(wǎng)后，可以與其中己存在的諧波相抵消。

　　3.1瞬時(shí)無(wú)功理論

　　瞬時(shí)無(wú)功能理論結合的實(shí)踐經(jīng)驗， 在A(yíng)PF諧波檢測運作過(guò)程中發(fā)揮巨大作用。 瞬時(shí)無(wú)功理論中的某些理論成果是嚴格以三相平衡為前提的，所以也只適用于三相三線(xiàn)的接 線(xiàn)方式。在三相三線(xiàn)制的運作當中，如果三相電流出現失衡狀況，在公共回路當中就會(huì )有所 反應，如會(huì )有少量的電流，在這種情況下，三相當中就會(huì )不自覺(jué)地引進(jìn)基波與各次諧波的零序分量，若出現此種狀況，瞬時(shí)無(wú)功理論就失去了存在的前提。在國內電力研究領(lǐng)域當中，三相四線(xiàn)這種普遍使用的接線(xiàn)方式是主要研究對象，近幾年的研究也不斷實(shí)現新突破，零序電流分離在電力研究者當中獲得了*，值得加大研究力度，并大力推廣。

　　3.2三相四線(xiàn)制當中零線(xiàn)電流的控制

　　在三相四線(xiàn)制當中，APF的巨大功用不僅體現在對三相電流進(jìn)行諧波補償，在系統運作當中，它還需要進(jìn)行對零線(xiàn)諧波電流的補償，對于零線(xiàn)電流的控制，步驟較為復雜，電力研究人員根據實(shí)踐情況研究出較多的方式，其中四橋臂式是提高靈活性的有效方式， 四橋臂式對于電網(wǎng)中諧波的產(chǎn)生有較好的控制效果，而且在中線(xiàn)補償方面取得突出成果。

　　3.3電力系統各環(huán)節的延時(shí)問(wèn)題

　　在控制不當的情況下，系統中各個(gè)環(huán)節易出現延時(shí)狀況，如何降低各環(huán)節延時(shí)狀況產(chǎn)生的頻率，使通過(guò)儀器檢測出的電流信號與實(shí)際狀況*相符，是關(guān)系到APF功能問(wèn)題。

　　三相四線(xiàn)制的電力系統當中，若出現延時(shí)將影響電網(wǎng)運作的主要環(huán)節有三個(gè)：三相四線(xiàn)零序分離延時(shí)、IGBT死區延時(shí)、數字處理延時(shí)，將并聯(lián)型APF系統作為主要研究對象，可以采取以下方式減少延時(shí)：采用互感器，此種互感器應具有相應補償功能；啟用微處理 器；縮短電力系統采樣審查周期；加快控制信號的更新頻率；選取適宜的開(kāi)關(guān)設備，縮短死區時(shí)間；啟用有效的預測方式。

4 安科瑞諧波治理產(chǎn)品選型

4.1立柜式

備注：具體尺寸按報價(jià)方案為準。

4.2模塊化

5 結束語(yǔ)

　　在我國供配電系統當中，諧波污染是待解決的問(wèn)題之一，近年來(lái)由于社會(huì )對于電力的需求變大，以及新型電器的不斷產(chǎn)生，對電力系統的要求也越來(lái)越高，形成的諧波污染也越來(lái)越不容忽視，因此，我國相關(guān)研究人員結合居民以及單位的實(shí)際用電狀況，釆用設備，研究新理論去解決電力諧波治理問(wèn)題。

參考文獻

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[2]朱丹紅，王寶平，談高線(xiàn)廠(chǎng)的諧波治理[J]變頻器世界，2010（07）

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  [4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6版