电力行业谐波治理面临哪些问题?

发布时间2019-03-25 16:58

来源: 未知

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  随着电力电子技术的发展,电力电子设备的广泛使用给电力体系带来了严峻的谐波污染。各种电力电子设备在运送、冶金、化工等许多工业交通领域的广泛使用,使电网中的谐波问题日益严峻,许多低功率因数的电力电子设备给电网带来额外负担并影响供电质量,因而,电力电子设备的谐波污染已成为阻碍电力电子技能开展的重大妨碍。故按捺谐波污染,进步功率因数的研讨已成为电力电子技能中的一个重大课题。本文围绕这一关键问题,经过对电力电子谐波源及其损害的知道和剖析,从污染和防治的联系考虑,探讨了归纳管理的办法,最后对谐波归纳管理的开展趋势进行了展望。

  1 电力电子设备——最首要的谐波源

  非线性负荷是个谐波源,它引起电网电压畸变,使电压中带有整数倍基波频率的重量。作为最首要的谐波源的电力电子设备首要为各种交直流变流设备(整流器、逆变器、斩波器、变频器)以及双向晶闸管可控开关设备等,别的还有电力体系内部的变流设备,如直流输电的整流阀和逆变阀等。下面临其发生的谐波状况作一剖析。

  1。1 整流器 1。3 频率变换器 4)会导致继电保护和自动设备误动作,并使电气丈量仪表计量不准确; ——多脉波变流技能大功率电力电子设备常将原来6脉波的变流器规划成12脉波或24脉波变流器以削减沟通侧的谐波电流含量。理论上讲,脉波越多,对谐波的按捺效果愈好,可是脉波数越多整流变压器的结构越杂乱,体积越大,变流器的操控和保护变得困难,本钱添加。 串-并联型APF又称为电能质量调节器(UPQC),它具有串、并联APF的功用,可处理配电体系发作的绝大多数电能质量问题,性价比较高。尽管现在还处于实验阶段,但从久远的视点看,它将是一种很有开展前途的有源滤波设备。

  作为直流电源设备,整流器广泛使用于各种场合。在整流设备中,沟通电源的电流为矩形波,该矩形波为工频基波电流和为工频基波奇数倍的高次谐波电流的合成波形。由傅氏级数求得矩形波中的高次谐波重量In与基波重量I1之比最大为1/n,随着触发操控角α的减小和换相堆叠角μ的增大,谐波重量有减小的趋势。

  此外,现有研讨结果标明:整流器的运转模式对谐波电流的巨细也有直接的影响,因而在考虑调整整流电压电流时,最好要进行堆叠角、换相压降以及谐波测算,以便确认安全、经济的运转办法;当操控角α接近40°,堆叠角μ在8°左右时的状况往往是谐波最严峻的状况,所以要经过计算,尽量经过正确选择调压变压器抽头,避开谐波最严峻点

  1。2 沟通调压器

  沟通调压器多用于照明调光和感应电动机调速等场合。

  频率变换器是AC/AC变换器的代表设备,当用作电动机的调速设备时,它含有随输出频率改动的边频带,因为频率连续改动,呈现的谐波含量比较杂乱。

  1。4 通用变频器

  通用变频器的输入电路一般由二极管全桥整流电路和直流侧电容器所组成,这种电路的输入电流波形随阻抗的不同相差很大。在电源阻抗比较小的状况下,其波形为窄而高的瘦长型波形,如实线所示;反之,当电源阻抗比较大时,其波形为矮而宽的扁平型波形。

  除了上述典型变流设备会发生许多的谐波以外,家用电器也是不行忽视的谐波源。例如电视机、电池充电器等。尽管它们单个的容量不大,但因为数量许多,因而它们给供电体系注入的谐波重量也不容忽视。

  2 谐波的损害

  谐波对共用电网的损害首要包括:

  1)使共用电网中的元件发生附加的谐波损耗,降低了发电、输变电设备的功率,许多的3次谐波流过中性线时,会引起线路过热乃至发作火灾;

  2)影响各种电气设备的正常作业,除了引起附加损耗外,还可使电机发生机械振动、噪声和过电压,使变压器部分严峻过热,使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短,以致损坏;

  3)会引起共用电网中部分并联谐振和串联谐振,然后使谐波扩大,使前述的损害大大添加,乃至引起严峻事故;

  5)会对附近的通讯体系发生搅扰,轻者发生噪声,降低通讯质量,重者导致信息丢失,使通讯体系无法正常作业。

  3 谐波的办理准则

  要进步电能质量,有必要加强对谐波的办理。本着束缚谐波源向共用电网注入谐波电流,将谐波电压束缚在答应规模内的准则。首先要掌握体系中的谐波源及其散布,束缚其谐波在答应规模内方可入网,未达标的有必要采纳管理措施,以防谐波扩散。为此世界电工委员会(IEC)和美国IEEE都有引荐规范,如IEEE规则的电流谐波极限规范见表1。我国结合电网实际水平并学习其他国家规范制定的电压正弦波形畸变率规则。

  4 谐波的归纳管理

  现在,我国电力体系对谐波的办理呈现“先污染,后管理”的被迫局面,所以如何归纳管理已经成为一个迫在眉睫的研讨课题。

  关于“归纳”的内涵,有人以为用规模广泛、遍及推行来描述;也有人以为用调集的、一体化的来表述更实际;笔者以为归纳管理的作业应包括以下两方面:

  ——加强科学化、法制化办理;

  ——采纳有用技能措施防备和按捺谐波。

  4.1 加强科学化、法制化办理

  首要从两个方面加强办理:

  ——遍及选用具有法律束缚和经济束缚的手法,改动先污染后管理的被迫局面,即应该严格按照各类电力设备、电力电子设备的技能规范中规则的谐波含量目标,对其进行评定,假如超过国家规则的目标,不得出厂和投入电力体系运用;

  ——供电部门应从全局出发,全面规划,采纳有力措施加强技能监督与办理,一方面审核尚待投入负荷的谐波水平,另一方面临已投运的谐波源负载,要求用户加装滤波设备。

  4。2 采纳有用的技能措施

  现在处理电力电子设备谐波污染的首要技能途径有两条:

  ——自动型谐波按捺计划即对电力电子设备本身进行改进,使其不发生谐波,或根据需求对其功率因数进行操控;

  ——被迫型谐波按捺计划即谐波负载本身不加改动,而是在电力体系或谐波负载的沟通侧加装无源滤波器(PF)、有源滤波器(APF)或许混合滤波器(HAPF)等设备,经过外加设备对电网施行谐波补偿。

  4.2.1 自动型谐波按捺计划

  首要是从变流设备本身出发,经过变流设备的结构规划和添加辅佐操控战略来削减或消除谐波,现在选用的技能首要有一下几个方面。

  ——脉宽调制技能脉宽调制技能的根本思想是操控PWM输出波形的各个转化时刻,确保四分之一波形的对称性。根据输出波形的傅立叶级数展开式,使需求消除的谐波幅值为零、基波幅值为给定量,到达消除指定谐波和操控基波幅值的意图,现在选用的PWM技能有最优脉宽调制、改进正弦脉宽调制、Δ调制、跟踪型PWM调制和自适应PWM操控等。

  ——多电平变流技能针对各种电力电子变流器(关于电压型的变流器有必要用联接电感与沟通电源相连),选用移相多重法、次序操控和非对称操控多重化等办法,将方波电流或电压叠加,使得变流器在网侧发生的电流或电压为接近正弦的阶梯波,且与电源电压坚持一定的相位联系。

  ——功率因数预调整器在电力电子设备中加入高功率因数预调整器,在预调整器的直流侧经过DC/DC变换操控入端电流,确保电力电子设备从电网中获取的电流为正弦电流并与电网电压同相。此办法操控简略,可一起消除高次谐波和补偿无功电流,使电力电子设备输入端的功率因数接近1。

  自动型谐波按捺计划的首要问题在于本钱高、功率低。一起,电力电子体系中很高的开关频率使PWM载波信号发生高次谐波,还会导致高电平的传导和辐射搅扰。因而在规划自动型谐波按捺计划时,有必要用EMI滤波器将高次谐波信号从体系中滤除,防止它们作为传导搅扰进入电网;还要运用屏蔽防止它们作为辐射搅扰进入自由空间,对空间发生电磁污染。所以关于较大功率的电力电子设备,一般除了选用自动型谐波按捺办法以外,还要辅以无源或有源滤波器加以按捺高次谐波。


 

  4。2。2 被迫型谐波按捺计划

  ——无源滤波器(PF)无源滤波器一般选用电力电容器、电抗器和电阻器按功用要求恰当组合,在体系中为谐波供给并联低阻通路,起到滤波效果。无源滤波器的长处是投资少、功率高、结构简略、运转可靠及保护便利,因而无源滤波是现在广泛选用的按捺谐波及进行无功补偿的首要手法。无源滤波器的缺陷在于其滤波特性是由体系和滤波器的阻抗比所决定,只能消除特定的几次谐波,而对其它次谐波会发生扩大效果,在特定状况下可能与体系发作谐振;谐波电流增大时滤波器负担随之加剧,可能形成滤波器过载;有用材料耗费多,体积大。

  ——有源滤波器(APF),APF经过检测电路检测出电网中的谐波电流,然后操控逆变电路发生相应的补偿电流重量,并注入到电网中,以到达消谐的意图。APF滤波特性不受体系阻抗影响,可消除与体系阻抗发作谐振的危险。与无源滤波器相比,具有高度可控性和快速呼应性,不仅能补偿各次谐波,还可按捺电压闪变、补偿无功电流,性价比较为合理。别的,APF具有自适应功用,可自动跟踪补偿改动着的谐波。

  APF按与体系衔接办法分类,可分为串联型、并联型、混合型和串-并联型。

  并联型APF可等效为一受控电流源,首要适用于感性电流源负载的谐波补偿。它能对谐波和无功电流进行动态补偿,而且补偿特性不受电网阻抗影响。现在这类APF技能已适当老练,大多数工业运转的APF多属此类滤波器。

  串联型APF可等效为一受控电压源,首要用于消除带电容滤波的二极管整流电路等电压型谐波源负载对体系的影响,以及体系侧电压谐波与电压动摇对灵敏负载的影响。因为此类APF中流过的电流为非线性负载电流,因而损耗较大;此外串联APF的投切、故障后的退出等各种保护也较并联APF杂乱,所以现在单独运用此类APF的案例较少,国内外的研讨多会集在其与LC无源滤波器构成的混合型APF上。

  混合型APF便是将常规APF上接受的基波电压移去,使有源设备只接受谐波电压,然后可明显降低有源设备的容量,到达降低本钱、进步功率的意图。其间LC滤波器用来消除高次谐波,APF用来补偿低次谐波重量。

  有源滤波技能作为改进供电质量的一项关键技能,在日本、美国、德国等工业发达国家已得到了高度重视和日益广泛的使用。可是有源滤波器还有一些需求进一步处理的问题,诸如进步补偿容量、降低本钱和损耗、进一步改进补偿功能、进步设备的可靠性等。一起APF的故障还简单引发体系故障,因而各国对此技能还坚持着一定的慎重态度。

  ——有源电路调节器(APLC)为有源线路调节器,其结构与APF类似,因而过去许多文献上都将其等同于APF。其实,从原理上剖析,与APF单节点谐波按捺相比较,APLC是向网络中某个(几个)优选节点注入补偿电流,经过补偿电流在网络中一定规模内的流动,完成该规模内所有节点谐波电压的归纳按捺。即经过单节点单设备的装设,到达多节点谐波电压归纳管理的功用,APLC的呈现,标明电力体系谐波管理正朝着动态、智能、经济效益好的方向开展。

  5 谐波归纳管理的展望

  日益严峻的谐波污染已引起各方面的高度重视。随着对谐波发生的机理、谐波现象的进一步知道,将会找到愈加有用的办法按捺和消除谐波,一起也有助于制定愈加合理的谐波办理规范。加大对谐波研讨的投入将会大大加速对谐波问题的处理,当然谐波问题的终究处理将取决于相关技能的开展,特别是电力电子技能的开展。随着国民经济、谐波按捺技能的进一步开展、法制的进一步完善和对高效运用能源要求的增强,谐波管理问题终究将会得到妥善的处理。

  随着电子计算机和电力半导体器件的开展,有源电力滤波器的功能会越来越好,价格会越来越低。而用于无源滤波的电容和电抗器的价格却呈增加的趋势。因而有源电力滤波器将是今后谐波按捺设备的首要开展方向。别的,电力电子技能中的有源功率因数校对技能也是极具生命力的。

  6 结语

  谐波的归纳管理作业势在必行。消除电力电子设备谐波污染的作业,可称之为电力电子技能使用的“绿色工程”。电力电子技能的开展有必要和这个工程同步,这样才能为高效、低污染地运用电能开辟重要途径,促进咱们国民经济的开展和用电设备的革新。一起,电力电子技能的推行和运用才能有更为广阔的开展前景。

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