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摘要：谐波电流不仅引起供电系统电压波形畸变和频率的波动，引发继电保护误动，还会降低供电可靠性使电压畸变值将超过国家标准规定。冲击性负荷自身的非线性性质以及电力电子变流器在控制系统中的应用，使配电网功率大大降低。本文主要研究了用变频调速系统驱动的方式来抑制谐波的产生，改善大功率电动机的调速性能和降低轧机工作过程中产生的噪声和震动；同时分析了静止型无功补偿装置对系统的必要性，用装置的晶闸管的触发角来控制电抗器使之吸收无功功率，以达到补偿无功功率和克服电压波动的目的。
关键词：冲击负荷；谐波；谐波抑制；变频调速系统；无功补偿
引言：
电网谐波产生的原因可以总结为：电源质量不高而产生谐波，输电网输送电过程产生的谐波，用电设备产生谐波三种。而这三种中以用电设备产生的谐波最为严重。谐波污染、偏低的功率因数和电磁干扰被称为电网系统的三大“电力危害。”
谐波对电力系统和信号系统产生上述危害，同时给生产部门带来了巨大的经济损失。
1谐波的抑制方法
电力系统中的谐波抑制是将谐波电压控制在一定值内，尽可能地减少或消除注入系统内的谐波电流。使用比较多的抑制谐波电流方法有：第一，将谐波源中的谐波含量降低。第二用吸收谐波源谐波电流的装置。第三优化供电环境。
测量电能质量的主要指标是电网频率和电压质量。频率质量指标为频率允许偏差；电压质量指标包括允许电压偏差、谐波波形畸变率、三相电压允许不平衡度以及允许电压波动和电压闪变。
本论文的主要工作是对某钢铁厂轧机的传送系统进行分析，在此基础下研究和设计谐波治理方案。具体方案为首先研究谐波产生的成因，然后根据系统谐波情况，设计了相应的谐波控制方案，验证了该方案的可行性。
2. 轧机的传送系统系统分析
轧机的传送系统由四个部分组成：一个整流装置，直流电动机，变压器和相应的控制调速装置。而其中主传动设备为直流电动机，主谐波源为整流器。
2.1冷轧机系统的结构介绍
四冷轧酸轧机传动系统采用6000V的线间电压的三相交流电源。经变压器处理后，电压降至750V，然后在提供直流电机之前进行12脉冲整流。为了确保系统的稳定性而没有静态误差，两个调节器都使用带有限制的PI调节器。
2.2谐波的理论分析
从轧机的主传动系统结构看，产生谐波的原因主要有两个，一个是主电路采用了含有大量的可控硅元件的晶闸管整流器；另一个是由于轧机电气负荷特点：轧机容量大，需要经常启动和停止，故电流很容易失真并产生谐波。
从公式里可以看出，当每个6脉冲整流满载时，特征谐波达到最大值; 当一个完全加载，而另一个被停止，所述非特征谐波达到最大值。
但是，这些分析基于理想条件，实际上，由于换向和电流脉动，谐波电流含量可能偏离，并且可能会产生二次、四次等谐波电流。
另外，由于轧机在工作时负载的变化很大，可能会突然增加负载或者减小负载，且需要频繁启动和停止，这些过程都会使得电网电流发生畸变，产生谐波。因此，在分析冷轧机的传动系统时，不仅要考虑整流电路引起的谐波，还要考虑轧机增减的负荷。
3 谐波电流的计算
3.1谐波的治理技术
从冷轧机传动系统的分析，可以知道的是，轧机在工作过程产生大量的谐波。 这些谐波对电力系统有很大的危害，因此有必要控制谐波。而目前比较常用的治理谐波的装置主要有：无源滤波器（LC滤波器），有源滤波器，和混合型有源滤波器。
3.2现有的轧机谐波治理方法
轧机作为一种谐波源从方法上来说，可以总结成两种途径：一种途径从电力电子装置出发，即采用产生谐波较少的装置或者不产生谐波的装置，如在轧钢厂轧钢机调速系统中采用12相或24相组合电路抑制低次谐波。第二种途径是外接滤波器，如在谐波的耦合点加装无源滤波器或有源滤波器等。
3.3轧钢厂冷轧机传动系统的治理方案
从轧钢厂传动系统产生谐波的分析来看，使用混合有源滤波器装置，有源滤波器和无源滤波器并联连接，其中无源滤波器用于滤除低次谐波，有源滤波器用于吸收高次谐波。由轧钢机产生的谐波的性质，我们选用了电压型的有源滤波器。仿真电路如下：
4 无功补偿在冲击负荷中的应用
4.1无功功率的消耗对电网的影响
由于轧机的工作特性，产生冲击载荷，导致无功功率的大幅波动和有害的高次谐波。 这些谐波导致电网电压严重失真，导致电气设备损坏和通信干扰，同时导致功率因数极低并影响其他设备的正常运行。
4.2 无功补偿方式
在实际应用中，单边设计不产生谐波的装置的方法可以提高逆变器的性能很难实现。由于逆变器通过一系列小电流装置内部连接，因此无功功率补偿直接由电容器执行。虽然降低基波无功电流，但是电源电流中的谐波电流和器件的电容器电流将大大增加。必须同时执行谐波控制和无功功率补偿。
变频调速系统产生的谐波危害非常严重，只有当我们充分了解谐波产生的条件，环境和方式，才能在系统中采取一系列预防措施以减少谐波带来的危害。
参考文献:
[1] 张勇军, 何安瑞. 冶金轧机主传动交流调速系统的发展及应用[J]. 鞍钢技术, 2015(5).
[2] 张晓琴, 包中婷. 无功补偿与谐波抑制[J]. 成都电子机械高等专科学校学报, 2005(1):27-30.
论文作者:黄兴华
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/15
标签：谐波论文; 轧机论文; 滤波器论文; 电流论文; 电压论文; 系统论文; 装置论文; 《电力设备》2019年第8期论文;