電力系統(tǒng)諧波危害的檢測和治理

1、電力系統(tǒng)諧波危害的檢測和治理摘要：目前電力系統(tǒng)諧波危害已經(jīng)引起了各個部門的為了整個供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量,必須對諧波進(jìn)行有效的檢測和治理。關(guān)鍵字：電力諧波檢測治理刖s隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的迅猛發(fā)展，電網(wǎng)裝機(jī)容量不斷 加大，電網(wǎng)中電力電子元件的使用也越來越多，致使大量 的諧波電流注入電網(wǎng)，造成正弦波畸變，電能質(zhì)量下降， 不但對電力系統(tǒng)的一些重要設(shè)備產(chǎn)生重大影響，對廣大用 戶也產(chǎn)生了嚴(yán)重危害。目前，諧波與電磁干擾、功率因數(shù) 降低被列為電力系統(tǒng)的三大公害，因而了解諧波產(chǎn)生的機(jī) 理，研究和清除供配電系統(tǒng)中的高次諧波，對改于供電質(zhì) 量、確保電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運行都有著十分重要的意義。 、電力系統(tǒng)諧波危害 諧波

2、會使公用電網(wǎng)中的電力設(shè)備產(chǎn)生附加的損耗， 降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率。大量三次諧波流過 中線會使線路過熱，嚴(yán)重的甚至可能引發(fā)火災(zāi)。 諧波會影響電氣設(shè)備的正常工作，使電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械 振動和噪聲等故障，變壓器局部嚴(yán)重過熱，電容器、電纜 等設(shè)備過熱，絕緣部分老化、變質(zhì)，設(shè)備壽命縮減，直至 最終損壞。 諧波會引起電網(wǎng)諧振，可能將諧波電流放大幾倍甚 至數(shù)十倍，會對系統(tǒng)構(gòu)成重大威脅，特別是對電容器和與 之串聯(lián)的電抗器，電網(wǎng)諧振常會使之燒毀。 諧波會導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置誤動作，造成不必 要的供電中斷和損失。 諧波會使電氣測量儀表計量不準(zhǔn)確，產(chǎn)生計量誤差, 給供電部門或電力用戶帶來直接的經(jīng)濟(jì)損失。 諧波

3、會對設(shè)備附近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕則產(chǎn)生 噪聲，降低通信質(zhì)量;重則導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法 正常工作。 諧波會干擾計算機(jī)系統(tǒng)等電子設(shè)備的正常工作，造 成數(shù)據(jù)丟失或死機(jī)。 諧波會影響無線電發(fā)射系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、核磁共振 等設(shè)備的工作性能，造成噪聲干擾和圖像紊亂。二、諧波檢測方法1. 模擬電路消除諧波的方法很多，即有主動型，又有被動型；既 有無源的，也有有源的，還有混合型的，目前較為先進(jìn)的 是采用有源電力濾波器。但由于其檢測環(huán)節(jié)多采用模擬電 路，因而造價較高，且由于模擬帶通濾波器對頻率和溫度 的變化非常敏感，故使其基波幅值誤差很難控制在10%以內(nèi), 嚴(yán)重影響了有源濾波器的控制性能。近年來，人工神

4、經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)的研究取得了較大進(jìn)展，由于神經(jīng)元有自適應(yīng)和自學(xué)習(xí) 能力，且結(jié)構(gòu)簡單，輸入輸出關(guān)系明了，因此可用神經(jīng)元 替代自適應(yīng)濾波器，再用一對與基波頻率相同，相位相差 90度的正弦向量作為神經(jīng)元的輸入。由神經(jīng)元先得到基波 電流，然后檢測出應(yīng)補(bǔ)償?shù)碾娏?，從而完成諧波電流的檢 測。但人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的硬件目前還是一個比較薄弱的環(huán)節(jié), 限制了其應(yīng)用范圍。2. 傅立葉變換利用傅立葉變換可在數(shù)字域進(jìn)行諧波檢測，電力系統(tǒng) 的諧波分析，目前大都是通過該方法實現(xiàn)的，離散傅立葉 變換所需要處理的是經(jīng)過采樣和a/d轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號, 設(shè)待測信號為x(t),采樣間隔為t秒，采樣頻率=l/t滿足 采樣定理，即大于信號最高頻率

5、分量的2倍，則釆樣信號 為x(nt),并且采樣信號總是有限長度的，即n=0 , 1 n-lo這相當(dāng)于對無限長的信號做了截斷，因而造成了傅立 葉變換的泄露現(xiàn)象，產(chǎn)生誤差。此外，對于離散傅立葉變 換來說，如果不是整數(shù)周期采樣，那么即使信號只含有單 一頻率，離散傅立葉變換也不可能求出信號的準(zhǔn)確參數(shù)， 因而出現(xiàn)柵欄效應(yīng)。通過加窗可以減小泄露現(xiàn)象的影響。3. 小波變換小波變換已廣泛應(yīng)用于信號分析、語音識別與合成、 自動控制、圖象處理與分析等領(lǐng)域。電力諧波是由各種頻 率成分合成的、隨機(jī)的、出現(xiàn)和消失都非常突然的信號， 在應(yīng)用離散傅立葉變換進(jìn)行處理受到局限的情況下，可充 分發(fā)揮小波變換的優(yōu)勢。即對諧波采樣離

6、散后，利用小波 變換對數(shù)字信號進(jìn)行處理，從而實現(xiàn)對諧波的精確測定。 小波可以看作是一個雙窗函數(shù)，對一信號進(jìn)行小波變換相 當(dāng)于從這一時頻窗內(nèi)的信息提取信號。對于檢測高頻信息, 時窗變窄，可對信號的高頻分量做細(xì)致的觀測；對于分析 低頻信息，這時時窗自動變寬，可對信號的低頻分量做概 貌分析。所以小波變換具有自動“調(diào)焦”性。其次，小波 變換是按頻帶而不是按頻點的方式處理頻域信息，因此信 號頻率的微小波動不會對處理產(chǎn)生很大的影響，并不要求 對信號進(jìn)行整周期釆樣。另外，由小波變換的時間局部可 知，在信號的局部發(fā)生波動時，不會象傅立葉變換那樣把 影響擴(kuò)散到整個頻譜，而只改變當(dāng)時一小段時間的頻譜分 布，因此，

7、采用小波變換可以跟蹤時變和暫態(tài)信號。三、電力系統(tǒng)諧波治理限于篇幅問題，本文在此只介紹基于改造諧波源本身 的諧波抑制方法，基于改造諧波源本身的諧波抑制方法一 般有以下幾種。(1) 增加整流變壓器二次側(cè)整流的相數(shù)對于帶有整流元件的設(shè)備，盡量增加整流的相數(shù)或脈 動數(shù)，可以較好地消除低次特征諧波，該措施可減少諧波 源產(chǎn)生的諧波含量，一般在工程設(shè)計中予以考慮。因為整 流器是供電系統(tǒng)中的主要諧波源之一，其在交流側(cè)所產(chǎn)生 的高次諧波為tkl次諧波，即整流裝置從6脈動諧波次數(shù) 為n=6kl,如果增加到12脈動時，其諧波次數(shù)為n=12 k1 （其中k為正整數(shù)），這樣就可以消除5、7等次諧波，因 此增加整流的相數(shù)

8、或脈動數(shù)，可有效地抑制低次諧波。不 過，這種方法雖然在理論上可以實現(xiàn)，但是在實際應(yīng)用中 的投資過大，在技術(shù)上對消除諧波并不十分有效，該方法 多用于大容量的整流裝置負(fù)載。（2）整流變壓器采用y/或/y接線該方法可抑制3的倍數(shù)次的高次諧波，以整流變壓器 采用/y接線形式為例說明其原理，當(dāng)高次諧波電流從晶閘 管反串到變壓器副邊繞組內(nèi)時，其中3的倍數(shù)次高次諧波 電流無路可通，所以自然就被抑制而不存在。但將導(dǎo)致鐵 心內(nèi)出現(xiàn)3的倍數(shù)次高次諧波磁通（三相相位一致），而該 磁通將在變壓器原邊繞組內(nèi)產(chǎn)生3的倍數(shù)次高次諧波電動 勢，從而產(chǎn)生3的倍數(shù)次的高次諧波電流。因為它們相位 一致，只能在形繞組內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，將能

9、量消耗在繞組的電 阻中，故原邊繞組端子上不會出現(xiàn)3的倍數(shù)次的高次諧波 電動勢。從以上分析可以看出，三相晶閘管整流裝置的整 流變壓器采用這種接線形式時，諧波源產(chǎn)生的3n（n是正整 數(shù))次諧波激磁電流在接線繞組內(nèi)形成環(huán)流，不致使諧波注 入公共電網(wǎng)。這種接線形式的優(yōu)點是可以自然消除3的整 數(shù)倍次的諧波，是抑制高次諧波的最基本方法，該方法也 多用于大容量的整流裝置負(fù)載。(3) 盡量選用高功率因數(shù)的整流器采用整流器的多重化來減少諧波是一種傳統(tǒng)方法，用 該方法構(gòu)成的整流器還不足以稱之為高功率因數(shù)整流器。 高功率因數(shù)整流器是一種通過對整流器本身進(jìn)行改造，使 其盡量不產(chǎn)生諧波，其電流和電壓同相位的組合裝置，這

10、 種整流器可以被稱為單位功率因數(shù)變流器(up fc)。該方法 只能在設(shè)備設(shè)計過程中加以注意，從而得到實踐中的諧波 抑制效果。(4) 整流電路的多重化整流電路的多重化，即將多個方波疊加，以消除次數(shù) 較低的諧波，從而得到接近正弦波的階梯波。重數(shù)越多， 波形越接近正弦波，但其電路也越復(fù)雜，因此該方法一般 只用于大容量場合。另外，該方法不僅可以減少交流輸入 電流的諧波，同時也可以減少直流輸出電壓中的諧波幅值, 并提高紋波頻率。如果把上述方法與pwm技術(shù)配合使用，則 會產(chǎn)生很好的諧波抑制效果。該方法用于橋式整流電路中, 以減少輸入電流的諧波。當(dāng)然，除了基于改造諧波源本身的諧波抑制方法，還 有基于諧波補(bǔ)償裝置功能的諧波抑制方法，它包括加裝無源濾波器、加裝有源濾波器、裝設(shè)靜止無功補(bǔ)償裝置(svc) 等等，在此就不再詳細(xì)論述。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展， 電能質(zhì)量問題已越來越引起用戶和供電部門的重視。應(yīng)用 先進(jìn)的電能質(zhì)量測試儀器不僅能大大提高電能質(zhì)量的監(jiān)測 與治理水平，同時還可建立先進(jìn)可靠的電能質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)