浅谈配电网分布式谐波治理研究论文_林兵

浅谈配电网分布式谐波治理研究论文_林兵

(连云港碱业有限公司 江苏连云港 222042)

摘要:针对大型变电站以及厂矿企业配电网等在滤除谐波的同时进行无功功率补偿的工程要求,开发应用大功率混合有源滤波器进行谐波治理,动态地补偿无功和谐波抑制以提高电能质量成为配电网谐波治理方面研究的重要课题。

关键词:配电网;谐波;分析;危害;治理

1 前言

随着工业技术的发展,电力系统中非线性负荷大量增加,相应的各种非线性和时变性电子装置得以广泛应用,带来了配电网中电流和电压波形的严重失真,从而取代了传统的变压器等铁磁材料的非线性引起的谐波,成为最主要的谐波源,其负面效应是电能质量的下降,同时严重影响着供、用电设备的安全经济运行,使供电和用电企业造成了巨大的经济损失,应用现代技术对谐波进行经济、有效地补偿是目前急待解决的重要问题之一。消除谐波的方法是加装滤波装置,而有源电力滤波器由于具有高度可控性和快速响应性,能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,因而受到广泛的重视,成为目前国内外供电系统谐波抑制研究的热点,有源电力滤波器作为抑制电网谐波、补偿供电系统无功功率的新型电力电子装置得到快速发展,其中并联型有源电力滤波器的使用最为广泛。本课题通过开发应用大功率混合有源滤波器在大型铝型材厂的配电网谐波治理中的应用,动态的补偿无功和谐波抑制来提高电能质量。

2 谐波具有的特征及其测度

一个周期电气量的正弦波分量被称作为谐波,这种波的频率为基波频率的整数倍。在经过理论分析后发现配电网的谐波主要是由非线性负荷引起的,非线性负荷所吸收的电流值与加载的端电压值呈现非线性的特征。这种形式的负荷产生的电流为非正弦波,同时还会造成电压出现波形畸变的现象。这种具有周期性的畸变波由傅立叶级数分解后会产生一些大量基频的分量,这些分量就被命名为谐波。

非线性负荷在产生基频整次谐波的同时还能够有比基频更低的次谐波,以及比基波高的非整数倍数的谐波。要对供电质量进行完善就必须对存在的谐波展开治理,在此之前,必须对谐波的类型有清楚的认识,较为常见的谐波有准稳态、波动、快速变化和间谐波等4种类型。由于波在变化过程中其随机性较大,想做到对其进行精准的变化量值分析较为困难,在通常情况下是通过运用数理统计的方式来对其实施测度的。

对某一区域或是全网的谐波进行测度较单点的测度更为复杂和困难,主要是要能够准确定位出谐波源以及采用何种测度模型进行测量。在定位谐波源时通常运用功率方向技术与瞬时负荷参数分割技术。分析谐波的模型包括非线性时域仿真模型、线性与非线性频率分析模型等3种。它们都是对配网电路进行线性化修正,而在具体的修正模拟中采取了不同的技术手段。

3 配电网中的谐波源

3.1 发电机产生的谐波

严格意义上讲,电力网络的每个环节,包括发电、输电、配电、用电都可能产生谐波,其中产生谐波最多位于用电环节上。发电机是由三相绕组组成的,理论上讲,发电机三相绕组必须完全对称,发电机内的铁心也必须完全均匀一致,才不致造成谐波的产生,但受工艺、环境以及制作技术等方面的限制,发电机总会产生少量的谐波。输电和配电系统中存在大量的电力变压器。因变压器内铁心饱和,磁化曲线的非线特性以及额定工作磁密位于磁化曲线近饱和段上等诸多因素,致使磁化电流呈尖顶形,内含大量奇次谐波。变压器铁心饱和度越高,其工作点偏离线性就越远,产生的谐波电流就越大,严重时三次谐波电流可达额定电流的5%。

3.2 整流设备产生的谐波

用电环节谐波源更多,晶闸管式整流设备、变频装置、充气电光源以及家用电器,都能产生一定量的谐波。晶闸管整流技术在电力机车、充电装置、开关电源等很多方面被普遍采用。它采用移相原理,从电网吸收的是半周正弦波,而留给电网剩下的半周正弦波,这种半周正弦波分解后能产生大量的谐波。有统计表明,整流设备所产生的谐波占整个谐波的近 40%,是最大的谐波源。

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3.3 变频器产生的谐波

变频原理常用于水泵、风机等设备中,变频一般分为两类:交―直―交变频器和交―交变频器。前者将 380V 50Hz 工频电源经三相桥式可控硅整流,变成直流电压信号,滤波后由大功率晶体开关元件逆变成可变频率的交流信号。后者将固定频率的交流电直接转换成相数一致但频率可调的交流电。两者均采用相位控制技术,所以在变换后会产生含复杂成分(整次或分次)的谐波。因变频装置一般具有较大功率,所以也会对电网造成严重的谐波污染。充气电光源和家用电器更是常见的谐波源,如荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯应用气体放电原理发光,其伏安特性具有明显的非线性特征。计算机、电视机、录像机、调光灯具、调温炊具、微波炉等家用电器,因内置调压整流元件,会对电网产生高次奇谐波;电风扇、洗衣机、空调器含小功率电动机,也会产生一定量的谐波。这类设备功率虽小,但数量多,也是电网谐波源中不可忽视的因素。

4 谐波在配网中的危害

谐波对于配电系统的影响,表现在对线路上所配置的保护及测量设备的影响。因这些设备一般采用电磁式继电器、感应继电器元件,容易接受谐波干扰而误动和拒动,系统中存在的不明原因的误动和拒动,与谐波不无关系。所以谐波超标,会严重威胁配电系统的安全稳定运行。

此外,谐波会通过静电感应、电磁感应以及传导等多种方式耦合进通讯系统,影响它们的正常运行。对于人体,谐波会刺激人体细胞,使正常的细胞膜电位发生快速波动或可逆的翻转,当这种波动或翻转频率接近谐波频率时,会影响人体大脑与心脏。

5 谐波的治理措施

5.1 加强标准和相应规范的宣传贯彻。IEC 6100以及国标GB/T 14549-1993,对于谐波定义、测量等进行了宣传,明确谐波治理是一项互惠互利、节能增效,是保证电网和设备安全稳定运行的举措。

5.2 主管部门对所辖电网进行系统分析,正确测量,以确定谐波源位置和产生的原因,为谐波治理准备充分的原始材料;在谐波产生起伏较大的地方,可设置长期观察点,收集可靠的数据。对电力用户而言,可以监督供电部门提供的电力是否满足要求;对于供电部门而言,可以评估电力用户的用电设备是否产生了超标的谐波污染。

5.3 针对谐波的产生和传播的特点,采取相应的隔离、补偿和减小措施。在配电网中,主要存在的是三次谐波污染,可以在谐波检测的基础上,通过适当加装滤波设备来减小谐波注入电网。对于各种电气设备的设计者,在设计初始,就要考虑其设备的谐波污染度,将谐波限制在标准允许的范围内。

5.4 加强管理,多方出资,共同治理。谐波的治理,需要大量的投资,不能仅仅靠供电部门,要调动电力供需环节中的各个方面,在分清谐波来源基础上,走共同治理之路。

6 结语

混合型有源电力滤波器由无源滤波器和有源滤波器通过不同的连接方式构成。根据配电网谐波源特征,我们选择了适用的混合型电力滤波器拓扑方式,而针对其中的有源滤波器部分设计了基于电压检测的谐波电流获取方法,并由此构造了电路模型。经仿真实验分析,我们证明该方案具有优良的谐波抑制特性,该设计思路和方法是正确可行的。

参考文献:

[1]陈振华,叶慧萍.治理谐波源的技术手段和管理措施探讨[J].电力需求侧管理,2006(01)

[2]刘长林,满俊来.配电网的谐波治理[J].中国电力企业管理,2007(08)

[3]苏斌.开展谐波治理的具体方法[J].农村电工,2008(05)

[4]陈振华,叶慧萍.治理谐波源的技术手段和管理措施探讨[J].电力需求侧管理,2006(01)

论文作者:林兵

论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期

论文发表时间:2019/3/29

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