電抗濾波節(jié)能技術(shù)的研究與探析

1、科技信息1、 引言隨著用電負(fù)荷快速增加及電力電子設(shè)備的大量應(yīng)用,非線性負(fù)荷已 經(jīng)成為電力系統(tǒng)的重要組成部分 。 非線性負(fù)荷是產(chǎn)生諧波的重要原因 。 其產(chǎn)生的諧波和無(wú)功注入電網(wǎng), 會(huì)使設(shè)備容量和線路損耗增加, 造成發(fā) 配電設(shè)備利用率的下降, 影響供電質(zhì)量, 對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu) 成潛在威脅 。諧波是指整數(shù)倍于工頻頻率的波形, 屬于負(fù)荷特性問(wèn)題, 由系統(tǒng)內(nèi) 的非線性負(fù)載所造成 。 諧波與電力系統(tǒng)的基波迭加, 造成波形的畸變, 畸變的程度取決于諧波的頻率與幅度 。 畸變波形會(huì)立刻導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)中的 設(shè)備升溫, 進(jìn)而造成損害 。高次諧波對(duì)正常波形的影響:2、 諧波產(chǎn)生的原因在電力系統(tǒng)中, 電壓和電流波

2、形理論上應(yīng)是工頻下的正弦波, 但實(shí) 際的波形總有不同的非正弦畸變 。 公用電網(wǎng)中的諧波產(chǎn)生原因主要和 以下兩方面有關(guān):1電源本身以及輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波 。 但這兩方面產(chǎn)生的諧波 所占的比例一般都很小 。2電力系統(tǒng)負(fù)荷端大量的大功率換流設(shè)備和調(diào)壓裝置的廣泛應(yīng)用 產(chǎn)生的諧波 。 這些用電設(shè)備具有非線性特征, 即使供給的是標(biāo)準(zhǔn)的正弦 波電壓, 也會(huì)產(chǎn)生諧波電流注入系統(tǒng), 給電網(wǎng)造成大量的諧波, 甚至?xí)?因?yàn)閰?shù)配置問(wèn)題使得局部區(qū)域產(chǎn)生放大,由用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波所 占比例很大, 是電網(wǎng)主要的諧波源 。通俗地講, 電污染的來(lái)源是:1電力系統(tǒng)供電時(shí), 機(jī)器會(huì)引起 “ 瞬流 ” 和 “ 浪涌 ” 兩種物理

3、現(xiàn)象, 造 成正弦波上有諧波現(xiàn)象 (交流弦波應(yīng)該是光滑的 , 這就是 “ 電污染 ” , 浪 費(fèi)的電就是從這里產(chǎn)生 。2當(dāng)電輸送到企業(yè)時(shí), 企業(yè)內(nèi)部也會(huì)有一個(gè)小電網(wǎng), 陳舊的電機(jī)效 率非常差, 產(chǎn)生大量的 “ 瞬流 ” 和 “ 浪涌 ” , 在小電網(wǎng)徘徊, 浪費(fèi)了大量的 電 。 事實(shí)上, 不管是工業(yè)企業(yè)還是平常人家, 電表上顯示的用電數(shù)字, 并 非實(shí)際需要的電量, 其中有相當(dāng)大的部分是因 “ 電污染 ” 浪費(fèi)掉的 。 3、 諧波等造成的危害(1 諧波的危害1加速電力變壓器絕緣老化, 縮短變壓器使用壽命;2使開(kāi)關(guān) (斷路器 過(guò)載, 造成經(jīng)常性跳閘;3使無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備部件損壞, 無(wú)法進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償,

4、加大線路損失, 降低變壓器額定容量;4對(duì)變電所的繼電保護(hù)產(chǎn)生干擾, 易造成保護(hù)誤動(dòng)作, 導(dǎo)致區(qū)域性 停電事故;5干擾通訊, 影響通訊網(wǎng)路;6對(duì)精密設(shè)備及家用電器產(chǎn)生危害 。(2 三相不平衡造成的危害1使變壓器處于不對(duì)稱營(yíng)運(yùn)狀態(tài), 造成空載 、 負(fù)載損耗;2誘導(dǎo)電動(dòng)機(jī)中逆扭矩增加, 從而使電動(dòng)機(jī)的溫升上升, 效率下 降, 能耗增加, 發(fā)生震動(dòng), 輸出虧耗等影響;3用電設(shè)備壽命縮短;4加速設(shè)備部件更換頻率;5增加設(shè)備維護(hù)成本;6三相四線制模式, 線損增大 。(3 雜波造成的危害1正弦波形成鋸齒狀;2使電抗負(fù)載效率降低;3造成發(fā)熱;4造成更多的線損;5使電機(jī)的壽命減短 。4、 電力品質(zhì)技術(shù)“ 確保供

5、電的穩(wěn)定性與維持良好的電力品質(zhì) ” 是電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的基 本原則,然而近年來(lái)由于非線性負(fù)載的大量使用與精密設(shè)備對(duì)電源品 質(zhì)的要求嚴(yán)謹(jǐn), 如何使供電環(huán)境不受不良電力品質(zhì)的影響, 便成為電力 公司 、 工業(yè)界及相關(guān)研究機(jī)構(gòu)所重視的課題 。 電力品質(zhì)所涵蓋的問(wèn)題可 大略區(qū)分為:(1 瞬間 、 短時(shí)間及長(zhǎng)時(shí)間的電壓降 、 過(guò)電壓及電力中斷; (2 波形失真:包含諧波 、 間及諧波及電壓凹陷; (3 電壓不平衡; (4 電 壓閃爍; (5 頻率變動(dòng)等 。目前我國(guó)面臨較為顯著的電壓?jiǎn)栴}, 如常發(fā)生的電壓驟降, 造成工 廠流水線中斷; 工廠及商業(yè)大樓等大量電子設(shè)備產(chǎn)生 “ 諧波 ” , 增加電力 損耗 、 設(shè)

6、備錯(cuò)誤動(dòng)作的幾率及減少設(shè)備使用年限; 鋼鐵業(yè)電弧爐 、 電焊 機(jī)等負(fù)載所造成電壓閃爍現(xiàn)象 。從電力系統(tǒng)的角度而言,電力公司必須維護(hù)整體系統(tǒng)電壓的品質(zhì) 與穩(wěn)定性, 用戶則必須確保本身的負(fù)載特性 (如諧波電流 、 電壓閃爍等 不會(huì)造成系統(tǒng)端的污染, 如此方能維持好良好的電力系統(tǒng)供電品質(zhì); 站 在電器設(shè)備用戶的立場(chǎng), 使用各種設(shè)備時(shí)如何不造成過(guò)多的耗能 、 減少 設(shè)備間的相互干擾與避免各種因用電品質(zhì)不良所引起的事故等均是極 其重要的課題 。電力品質(zhì)改善技術(shù)即是針對(duì)上述問(wèn)題采取的改善措施,包括被動(dòng) 式及主動(dòng)式諧波濾波器 、 電壓驟降補(bǔ)償器 、 靜能虛功補(bǔ)償器 、 電壓調(diào)節(jié) 器等 。5、 增效節(jié)電基本原

7、理利用電抗濾波及電磁平衡原理以下面的方式來(lái)達(dá)到節(jié)電效果:濾 除雜 、 諧波; 轉(zhuǎn)換雜 、 諧波; 三相平衡; 功率因數(shù)提高 。1 利用電抗及電感的交互作用, 將電力加以凈化 (吸收電流中的雜 波 、 諧波且加以轉(zhuǎn)換 ;2 利用特殊平衡繞線將相位加以平衡;3 并將電壓調(diào)整在負(fù)載實(shí)用的范圍內(nèi), 不致有超量現(xiàn)象, 而使無(wú)效 電力大量降低并提升實(shí)際用電效率 。 平衡相位說(shuō)明保持各相位電流 、 電壓平衡, 消除零序電流, 降低電網(wǎng)傳輸損耗, 減 少負(fù)載承受的無(wú)效功率, 進(jìn)而減少電力成本, 改善電網(wǎng)質(zhì)量, 并延長(zhǎng)設(shè) 備使用壽命 。平衡相位原理圖: 省電原理1 保持電流 、 電壓平衡電抗濾波節(jié)能設(shè)備是在負(fù)載

8、產(chǎn)生不平衡時(shí),利用電抗線圈,使磁 波 、 電流平衡, 以保持電流電壓的平衡2 多余供電電壓調(diào)整成適當(dāng)?shù)碾妷航逵善胶怆娏髋c電壓, 削減無(wú)效使用電力,電抗濾波節(jié)能技術(shù)的研究與探析無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 石 磊摘 要 目前, 諧波污染 、 電磁干擾和功率因數(shù)降低已成為電力系統(tǒng)的三大公害, 所以研究諧波產(chǎn)生的原因和諧波造成的危害 , 在電氣設(shè)計(jì)中采取各種相應(yīng)技術(shù)措施進(jìn)行諧波抑制 , 是當(dāng)前電氣設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容 。 對(duì)提高電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量滿足用戶需求具有重要的實(shí)際意義 。關(guān)鍵詞 諧波污染 電力品質(zhì) 增效節(jié)電(下轉(zhuǎn)第 130頁(yè) 高校理科研究128 科技信息 達(dá)到電力有效最大利用, 此即雙重節(jié)約電源效果 。省電原理

9、圖: 磁平衡原理磁平衡原理說(shuō)明圖:電抗濾波器是采用微磁場(chǎng)的原理與電磁平衡技術(shù),調(diào)整三相平衡 并提供實(shí)用功率于設(shè)備負(fù)載, 采用高新科技的特殊材料, 吸收無(wú)效功率 及高次諧波, 排除激磁電流, 以串聯(lián)于電表及總開(kāi)關(guān)的母線回路, 使用 戶的各種用電設(shè)備能在實(shí)用的功率內(nèi), 以更優(yōu)質(zhì)的電力運(yùn)作, 以達(dá)到節(jié) 電效果 。6、 節(jié)電的效果 1 提高功率:提高功率 35%增加設(shè)備效能, 減少設(shè)備(器材損耗, 延長(zhǎng)設(shè)備壽命 。2降低負(fù)載:降低負(fù)載 510%、 用電更安全 。 電流斷流器的容許范 圍可提高 15%以上 。3濾除高次諧波:電網(wǎng)中真正有效的的電能由穩(wěn)定的主頻率正弦 波所傳遞, 但在近代電網(wǎng)中, 越來(lái)越多

10、的各式干擾, 會(huì)產(chǎn)生高次諧波 。 高 次諧波不僅會(huì)導(dǎo)致無(wú)效的電力成本, 更會(huì)引起線路和設(shè)備不正常發(fā)熱,增加銅 、鐵損, 降低設(shè)備使用壽命 。 本設(shè)備透過(guò)特殊線組, 有效濾除高次 諧波, 同時(shí)還可以緩沖電網(wǎng)中電壓和電流的瞬變, 進(jìn)而大幅提高電力效 率 。參考文獻(xiàn) 1史承逵 . 電網(wǎng)電容器組的諧波諧振和諧波放大的研究 J . 安徽電力職工大學(xué)學(xué)報(bào),2001年 01期 2晏松, 梁小冰 . 關(guān)于工業(yè)電力節(jié)能若干問(wèn)題分析 J . 安徽電力, 2008年 02期(上接第 128頁(yè) 在該電路中, 設(shè)輸入電壓為 14V AC 用四個(gè)二極管上的壓降, 所以越 為 19V ( 14V ×姨 -0.6V

11、 ×2 。對(duì)于整流二極管 D1D4, 選擇關(guān)斷時(shí)的耐壓為 20V 以上, 能流過(guò)正向電流為 500mA (最大負(fù)載電流 以上的器件 。 在這里,使用 100V 耐 壓, 1A 的普及型塑封 S5277B 。圖 5電源電壓的輸出電壓與輸出電流的特性2.5(電源的性能 輸出 /輸入電流特性圖 5表示的是輸出電壓與輸出電流的曲線圖 (輸出電壓在無(wú)負(fù)載時(shí), 已調(diào)整到 15.00V 。 在 500mA 輸出電流流動(dòng)時(shí), 輸出電壓為 14.8V, 要比此時(shí)的無(wú)負(fù)載 電壓 (15V 低 0.2V (1.3% 。 因此, 對(duì)該電路的等效輸出阻抗進(jìn)行計(jì)算,則為 0.4歐 (=0.2V/500mA 。

12、由于射極跟隨器的輸出阻抗為數(shù)歐, 可以 知道, 如該電路所示, 加上負(fù)反饋就能夠大大減少電源的輸出阻抗 。還有, 想超過(guò)這個(gè)負(fù)載穩(wěn)定度時(shí), 有必要提高放大電路的增益 (提 高裸增益就是增大負(fù)反饋量, 由此能夠更加降低輸出阻抗 。2.6電路的波紋對(duì)波紋進(jìn)行濾波的電容器 C1, 取為 100uF 時(shí), 用示波器觀測(cè)波形, 其波紋較大, 換為 1000uF 的電容器后, 其波紋顯著減小, 幾乎接近平 滑 。 可見(jiàn)濾波電容器的數(shù)值越大, 波紋就越小 。 但是同時(shí), 電容器數(shù)值越 大, 其電容的體積也大, 電路的體積增大不經(jīng)濟(jì) 。通過(guò)以上設(shè)計(jì)電源輸出達(dá)到了設(shè)計(jì)要求 。 參考文獻(xiàn) 1何奇才 . 穩(wěn)壓電源電

13、路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 . 北京:中國(guó)電力出版社, 2006.2張明莉 . 新型穩(wěn)壓電源及應(yīng)用實(shí)例 . 北京:電子工業(yè)出版社, 2004. 3翁樹(shù)光 . 電子技術(shù)試驗(yàn) . 西安:陜西科技出版社, 2000. 4楊建平 . 電子測(cè)量技術(shù) . 重慶:重慶郵電大學(xué)出版社, 2004. 5周南生 . 晶體管電路設(shè)計(jì) . 北京:科學(xué)出版社,2004.并定義了經(jīng)典論中沒(méi)有類似物的項(xiàng)目和測(cè)驗(yàn)信息 函數(shù); 最后, 經(jīng)典理論對(duì)復(fù)本的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)驗(yàn)的建立都很有限, 而項(xiàng)目反 應(yīng)理論具有參數(shù)不變性,對(duì)大型題庫(kù)的建設(shè)以及自適應(yīng)測(cè)驗(yàn)編制具有 突出的優(yōu)勢(shì) 。2、 在項(xiàng)目水平上進(jìn)行分析 。 項(xiàng)目反應(yīng)理論不是在測(cè)驗(yàn)的水平上建 立測(cè)量模型

14、, 而是在項(xiàng)目水平上做出分析, 并運(yùn)用定量化的項(xiàng)目與能力 參數(shù), 對(duì)項(xiàng)目反應(yīng)做出定性的解釋 。 而且項(xiàng)目反應(yīng)理論可以通過(guò)項(xiàng)目信 息函數(shù)來(lái)推測(cè)測(cè)量的信度與效度,因項(xiàng)目與特質(zhì)參數(shù)具有固定不變的特點(diǎn) 。這些參數(shù)的估計(jì)值不受樣本不同的影響 。 即使被試接受了兩個(gè)完 全不同項(xiàng)目組構(gòu)成的測(cè)驗(yàn),估出的被試特質(zhì)水平仍然會(huì)在同一度量系 統(tǒng)上取值, 仍然是相同的 。 這樣便可以對(duì)每位被試提出能力估計(jì)值的測(cè) 量誤差指標(biāo), 而不是一個(gè)籠統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)誤差 。五 、 項(xiàng)目反應(yīng)理論的特點(diǎn)評(píng)價(jià)項(xiàng)目反應(yīng)理論有各種各樣的優(yōu)點(diǎn),大多數(shù)的支持者都關(guān)注于這個(gè) 方法技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn), 如樣本的恒定性, 或者這一方法能處理傳統(tǒng)方法所不能應(yīng)對(duì)的問(wèn)題

15、 (如檢驗(yàn)測(cè)驗(yàn)偏向 、從迷惑項(xiàng)中得到關(guān)于能力的信息 , 但其最大值得稱道的優(yōu)點(diǎn)可能在于其的概念性而不是數(shù)學(xué)運(yùn)算 。 和傳 統(tǒng)的項(xiàng)目分析方法相比,這一理論在探索人們能夠正確回答問(wèn)題的原 因中更進(jìn)一步 。 一個(gè)正確回答的原因可以用兩點(diǎn)來(lái)解釋, 運(yùn)氣與能力 。 而能力則是一個(gè)相對(duì)的標(biāo)準(zhǔn), 跟測(cè)驗(yàn)的項(xiàng)目息息相關(guān), 比如項(xiàng)目難度 。 項(xiàng)目反應(yīng)理論提出了與以往測(cè)驗(yàn)理論不同的項(xiàng)目難度和項(xiàng)目鑒別力的 定義 。 傳統(tǒng)意義上認(rèn)為, 如果大多數(shù)人都不能正確回答該項(xiàng)目就難, 如 果大多數(shù)人能正確回答該項(xiàng)目就容易 。 項(xiàng)目反應(yīng)理論則是在給定的概 率水平下, 根據(jù)正確回答項(xiàng)目所需要的能力水平來(lái)界定難度, 這意味著 難的項(xiàng)

16、目需要高水平的能力才能回答正確,而容易的項(xiàng)目則是低能力 水平的人能回答的 。 這相較于傳統(tǒng)的意義,更明確而清晰 。 關(guān)于項(xiàng)目鑒 別力, 在項(xiàng)目反應(yīng)理論中, 是根據(jù)項(xiàng)目反應(yīng)和測(cè)驗(yàn)所測(cè)量的構(gòu)念之間的關(guān)系來(lái)確定的 。而在傳統(tǒng)的測(cè)量理論中, 項(xiàng)目鑒別力是將項(xiàng)目反應(yīng)與整 個(gè)測(cè)驗(yàn)總分聯(lián)系在一起, 如果這個(gè)測(cè)驗(yàn)不能很好測(cè)量構(gòu)念, 那么實(shí)質(zhì)上 所謂的項(xiàng)目鑒別力毫無(wú)作用 。 人們也無(wú)法憑此判斷這個(gè)項(xiàng)目是否可用 ?？偟膩?lái)說(shuō), 項(xiàng)目反應(yīng)理論不是根據(jù)參加測(cè)驗(yàn)的人數(shù) (即 p 值 或者 測(cè)驗(yàn)上的其他項(xiàng)目 (即項(xiàng)目總體系數(shù) r 來(lái)界定這些概念的, 而是根據(jù)測(cè) 驗(yàn)所預(yù)測(cè)量的能力或特性和個(gè)體對(duì)測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目反應(yīng)之間的關(guān)系來(lái)界定 的 。至于項(xiàng)目反應(yīng)理論不足, 也很大部分是因其特點(diǎn):(1 由于其理論 假設(shè)建立在較深?yuàn)W的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)之上,所以普遍性上有一定的難度; (2由于項(xiàng)目反應(yīng)理論從測(cè)量模型的理論框架來(lái)講,多使用 1、0記分資料 的單維模型, 故造成其應(yīng)用上的嚴(yán)重局限; (3 由于受到苛刻的假設(shè)限 制, 必須有大樣本進(jìn)行配合, 否則精確性則不高; (4 在應(yīng)用過(guò)程中多以 先進(jìn)的電腦科技作為輔助 。參考文獻(xiàn) 1董奇 . 心理與教育研究方法 . 北京師范大學(xué)出版社, 20042戴