電力諧波抑制與無源電力濾波技術(shù)的應(yīng)用

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,不斷有電力電子裝置和其他非線性負(fù)荷(又稱畸變負(fù)荷)接入電網(wǎng),電網(wǎng)諧波水平逐年升高。電力諧波導(dǎo)致的各種問題日益突出,已受到供用電雙方的高度重視。

用串聯(lián)電抗器抑制無功補(bǔ)償電容器導(dǎo)致的諧波共振與放大,以及用無源電力濾波器抑制電力諧波等技術(shù)措施具有技術(shù)成熟、簡單有效、價格較低等優(yōu)點(diǎn),已得到日益廣泛的應(yīng)用,是治理電力諧波的有效措施。

1 電力諧波的產(chǎn)生與危害

電力諧波主要由非線性負(fù)載產(chǎn)生。非線性負(fù)荷吸收的電流與端電壓不成線性關(guān)系,結(jié)果電流發(fā)生波形畸變且導(dǎo)致端電壓波形畸變。這種周期性的畸變波形可按基頻(50Hz)展開成傅里葉級數(shù)形式,其大于基頻的分量即為諧波。圖1為實(shí)測畸變電流波形,圖2為畸變波形的諧波分析示意圖。

產(chǎn)生電力諧波的設(shè)備非常多,主要有變頻調(diào)速器、直流調(diào)速系統(tǒng)、整流設(shè)備、中高頻感應(yīng)加熱設(shè)備、晶閘管溫控加熱設(shè)備、焊接設(shè)備、電弧爐、電力機(jī)車、不間斷電源、計算機(jī)、通訊設(shè)備、音像設(shè)備、充電器、變頻空調(diào)、晶閘管調(diào)光設(shè)備、電子節(jié)能燈等。

諧波的危害主要包括以下幾個方面:

(1)增加電力設(shè)施的負(fù)荷,降低系統(tǒng)功率因數(shù),降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的有效容量和效率;

(2)引起無功補(bǔ)償電容器諧振和諧波放大，導(dǎo)致電容器因過電流或過電壓而損壞或無法投入運(yùn)行;

(3)產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩致使電動機(jī)振動,影響產(chǎn)品質(zhì)量和電機(jī)壽命;

(4)由于渦流和集膚效應(yīng),使電機(jī)、變壓器、輸電線路等產(chǎn)生附加功率損耗而過熱;

(5)增加絕緣介質(zhì)的電場強(qiáng)度,降低設(shè)備使用壽命;

(6)零序諧波電流導(dǎo)致三相四線系統(tǒng)的中線過載,并在三角接法的變壓器繞組內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流;

(7)引起繼電保護(hù)設(shè)施的誤動作,造成繼電保護(hù)等自動裝置工作紊亂;

(8)改變電壓或電流的變化率和峰值,延緩電弧熄滅,影響斷路器的分?jǐn)嗳萘?

(9)使計量儀表特別是感應(yīng)式電能表產(chǎn)生計量誤差;

(10)干擾鄰近的電力電子設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備和通訊設(shè)備,影響設(shè)備的正常運(yùn)行。