电网谐波治理实用化方法探讨

电网谐波治理实用化方法探讨　梁建花　（湖南郴电国际发展股份有限公司汝城分公司，湖南汝城４２４１００）　摘要：冶金行业的电力系统中为提高功率系数，常采用无功补偿装置。各种电力电子装置在运行时产生大量　的谐波，污染了电力系统。文章结合某冶金厂的实际，分析常用的整流系统并阐述谐波的特征和产生原因，　深入研究常用的谐波治理方法，结合冶金厂的实际设计了无源电力滤波器进行谐波抑制，取得了很好的效果。　关键词：电网谐波治理；脉宽调制法；谐波源；谐波含量；有源电力滤波器　中图分类号：ＴＭ７７３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—２３７４（２０１２）１７—０１２８—０３　近年来，随着工业现代化的不断发展，电力系　电缆；用电设备方面包括对电动机、低压开关设备　统中广泛应用非线性电力负荷，大量的谐波电流被　的危害以及弱电系统设备的干扰。　注入电网。谐波的增加导致电网损耗增加、电网的　效率降低，引起继电保护设备误动或者拒动，给　２抑制谐波的技术措施　正常的工业生产设备带来影响。本文结合某冶金厂　抑制谐波是减少或消除注入电力系统的谐波电　的实际，分析常用的整流系统并阐述谐波的特征　流，抑制谐波电流并将谐波电压控制在限定值内。　和产生原因，深入研究常用的谐波治理方法，结　主要可以从以下几方面进行：　合冶金厂的实际设计了谐波治理系统并进行现场　２．１　降低谐波源的谐波含量　应用。　在谐波源上采取相应措施，力求最大限度地避　免产生谐波，从而降低谐波源的含量。这种方法对　１　谐波的产生原因及危害　于提高电网质量具有积极的作用，能够节省由于消　由于电力系统中存在具有非线性特点的某些设　除谐波影响带来的支出费用，具体方法是：　备和负荷，导致了谐波的产生。非线性的设备和负　２．１．１脉宽调制法　荷接受电力系统的供电时，在传递、变换、吸收、　通过脉宽调制法也可以降低谐波源的谐波含　系统发电机提供的基波能量的同时，部分基波能量　量，主要是控￣ｔ］ＰｗＭ输出波形的各个转换时刻，保　又被转换为谐波能量，大量的高次谐波被倒送进系　证四分之一波形的对称性。根据输出波形的傅立叶　统，引起电力系统的正弦电压发生波形畸变，降低　级数展开式，使需要消除的谐波幅值为零，基波幅　电能质量。系统中的主要谐波按照谐波发生的机率　值为给定量，组成非线性超越方程组计算各开关　可分为稳定性谐波、动态性谐波和突发性谐波，按　通断时刻，达到消除指定谐波和控制基波幅值的　照非线性负荷的种类来分，包括铁磁饱和型、电弧　目的。　型和半导体型。　２．１．２增加整流器的脉动数　谐波污染严重危害着电力系统的设备，它对电　整流器是电网中谐波的主要来源，可以用　力系统的危害包括供配电线路、电力设备、用电设　ｎ＝ｋｐ±１表示其频谱的特征，频谱ｎ随着脉冲数Ｐ的　备和常用仪器仪表等多方面。对供配电系统的危害　增加而增加，当Ｉｎ≈Ｉ　／１３．时，谐波电流将减少。　表现在影响线路的运行和电网的质量；对电力设备　所以，增加整流脉动数，可以平滑波形减少谐波的　的危害表现在算还电力电容器、电力变压器和电力　产生。　１２８　ｏ中阁高新技术企业２０１　２　０６　２．１．３　．ｚ－￣ｆｎ整流变压器采用Ｙ，ｄ（Ｙ／ａ）或Ｄ，　ｖ（△／Ｙ）的接线　２．２．２有源电力滤波器　有源电力滤波器的工作原理是利用可以控制的　三相整流变压器采用Ｙ，ｄ（Ｙ／△）或Ｄ，ｙ　（Ａ／Ｙ）的接线可抑制３的倍数次的高次谐波，这　也是抑制高次谐波最基本的方法。当高次谐波电流　从晶闸管反串到变压器副边绕组内时，其中３的倍　数次高次谐波电流无路可通，所以自然就被抑制而　不存在。　２．２吸收来自谐波源处的谐波电流　功率半导体器件，向电网中注入与原有谐波相位相　反、电流幅值相等的电流，使电源的总谐波电流为　零，达到实时补偿谐波电流的目的。有源电力滤波　器可分为并联有源滤波器和串联有源滤波器两种。　第一，并联有源滤波器。并联滤波器相当于一　个谐波电流发生器，通过与系统的等值电感并联，　跟踪负载电流中的谐波分量，并产生相反的谐波电　流，与系统电路中的谐波电流相互抵消，可以补偿　目前电力系统广泛采用这种方法抑制已有谐　波，常用的方法有：　２．２．１无源电力滤波器　在电力电子设备的交流侧安装无缘滤波器，利　用Ｌ、Ｃ、Ｒ构成谐振回路，当ＬＣ回路中的谐波频率　与某高次谐波电流频率相同时，便可以组织谐波电　流流入电网。无源滤波因具有结构简单、投资少、　运行可靠、效率高等优点，是目前应用较广的抑制　谐波和无功补偿的手段。　一般用一组或数组单调滤波器组成滤波装置，　有时根据需要再加一组高通滤波。单调滤波器利用　Ｌ、ｃ、Ｒ电路的串联谐振构成，在具体使用时可以　灵活选用接线的方式，双调滤波器具有两个谐振频　率，同时吸收两种频率的谐波，相当于两个并联的　单调谐波滤器，但与其相比波损耗较小，减少了回　路。双调滤波器结构较为复杂，调谐很困难，一般　在高压大容量的滤波装置中采用。高通滤波器可以　采用一阶减幅、二阶减幅、三阶减幅三种型式（见　图ｌ，依次为一阶减幅、二阶减幅、三阶减幅）。　Ｒ　图１高通滤波器的型式　相比较而言，二阶减幅型在工程中使用最多，　仪器具有结构简单、基波损耗小、抗阻频率特性好　等优点，一阶减幅型基波功率损耗大，三阶减幅型　的基波损耗虽然较小，但特性不如二阶减幅型。无　源滤波器具有成本低的特点，是使用较广的谐波滤　除补偿装置，但仍然存在一定的缺点，随着技术的　发展，有源滤波器逐渐受到人们的关注。　谐波、无功和不平衡分量。并联有源滤波器具有不　受电网阻抗的补偿特性，适用于电感型负荷的谐波　补偿。　图２并联谐波原理图　第二，串联有源电力滤波器。串联有源电力滤　波器通过在电源和负载之间将三个单相变压器串　联，在其中相当于一个控制电压源的电压，跟踪电　压电源中产生的谐波分量，发出相反的谐波电压，　使负载端的交流侧电压为正弦波。具有装置容量　小，运行效率高的特点，能够很好地补偿谐波电压　源类型的负荷。其工作原理如图３所示：　图３串联谐波原理图　有源电力滤波器具有快速响应性和高度可控　性，对于各次谐波都能有效的补偿，具有自适功能　且不受系统阻抗的影响，国外己普遍应用到电网实　践中。此外，还应注意防止并联电容器组对谐波的　放大作用，通过加装静止无功补偿装置等方法抑制　谐波。　２０１　２　０６　ｏ中闻高新竣李企业１２９　３补偿实例　３．１　无缘滤波器补偿实例　某冶金厂多次出现接触器发热甚至起火、电容　器变形等情况，通过对变电所的变压器出线端的测　试，分析数据看出其电流的波形畸变较为严重，原　因是受到非线性负载产生的谐波电流源影响，谐波　源来自于整流加热装置和直流调速设备。根据该厂　电流负荷平稳、负荷谐波的电流次数及幅值变化较　小，设计了无缘滤波器治理谐波（设计方案见图　４），取得了很好的补偿效果。补偿前后的电流和　电压波形见图５。　图４补偿前、后的电流、电压波形（左为补偿　前、右为补偿后）　４结语　冶金行业的电力系统中为提高功率系数，常采　用无功补偿装置，各种电力电子装置在运行时产生　大量的谐波，污染了电力系统，给电网和电气设备　造成了危害。无源滤波因具有结构简单、投资少、　运行可靠、效率高等优点，是目前应用较广的抑制　圈鼬　辩　睬黥　亨ｉ一　！飘　兰二二二　］　　谐波和无功补偿的手段。随着对谐波污染治理工作　的不断探索和研究，无源滤波器已经得到了广泛应　用。有源电力滤波器具有快速响应性和高度可控　霸锵ｌ堍瓣　渤煎辩曦糍瓣　性，对于各次谐波都能有效的补偿，具有自适功能　且不受系统阻抗的影响，国外已普遍应用到电网实　践中。谐波抑制装置国内今后也将向着有源滤波器　圈§　ｒ　瓠　ｌ飘潮　～二……一§　酾ｌ　的方向发展。ｏ　参考文献　嚣懿稽畿滚　濑鼹凝蕊镧　睫彗翳　【１】张耀宇，黎志锋．南海电网谐波源治理措施探讨【刀．电　图５治理前、后的负荷电流波形及频谱　力电容器与无功补偿，２００８，２９（５）．　３．２有缘滤波器补偿实例　［２］　詹峰．谐波治理和管理措施探讨Ｕ】．电力电容器与无功　通过对某冶金厂变电所的变压器出线端的测　补偿，２００８，２９（２）．　试，分析数据看出其电流的波形畸变较为严重，原　［３］顾定军．电网谐波治理相关问题探讨Ｕ丁．电力需求侧管　因是受到非线性负载产生的谐波电流源影响。根据　理，２０１０，１２（２）．　［４１蔡献民＿电网谐波治理及动态无功补偿技术的探讨卟　冶金厂的实际采用有源电力滤波器进行了谐波治　中国科技博览，２０１２，（３）．　理，取得了很好的补偿效果。补偿前后的电流和电　【５】　张晓燕．电网谐波的影响及治理［『］．低压电器，２００８，（５）．　压波形见图４＝　（责任编辑：刘艳）　１３０　ｏ中闽高新技术企浊２０１２　０６