在電力電網(wǎng)中,存在大量非線性負(fù)載,引起電網(wǎng)電流波形不再是正弦波。這一非正弦波可用傅里葉級數(shù)分解成為一個直流量,基波正弦量和一系列頻率為基波頻率整數(shù)倍的高次諧波正弦分量之和。對目前三相交流發(fā)電機組發(fā)出的電壓而言,認(rèn)為基波為正弦波,即波形中基本無直流量和高次諧波分量。但由于電力系統(tǒng)中存在著各式各樣的諧波源,使得高次諧波的干擾成了當(dāng)前
電力系統(tǒng)中影響電能質(zhì)量的一大“公害”,各國對電力電網(wǎng)電壓正弦波形畸變的極限值都有明確的規(guī)定,要求用戶對接入電網(wǎng)的設(shè)備產(chǎn)生的諧波應(yīng)采取一定措施,進行抑制。
1、高次諧波產(chǎn)生的原因及其對電網(wǎng)的危害
高次諧波產(chǎn)生的原因主要是由于電力系統(tǒng)中存在非性線元件及負(fù)載產(chǎn)生的。如:電容性負(fù)載、感性負(fù)載及開關(guān)變流設(shè)備,諸如計算機及外設(shè)、電動機、整流裝置等。由于其為儲能元件或變流裝置,故使電壓、電流波形發(fā)生畸變,見圖1。
圖1帶有非線性負(fù)載時的電流波形
高次諧波電流通過變壓器,可使變壓器的鐵芯損耗明顯增加,從而變壓器出現(xiàn)過熱,效率降低,縮短變壓器的壽命。高次諧波對電網(wǎng)的影響也是如此,電纜內(nèi)耗加大,電纜發(fā)熱,縮短電纜的使用壽命;對電動機影響更大,不僅損耗增加,還會使電動機轉(zhuǎn)子振動;而高次諧波對電容的影響更為突出,含有高次諧波的電壓加至電容兩端時,由于電容器對高次諧波的阻抗很小,所以電容器很容易發(fā)生過負(fù)荷導(dǎo)致?lián)p壞。高次諧波的干擾,往往還會導(dǎo)致供電空氣開關(guān)誤動作,造成電網(wǎng)停電,嚴(yán)重影響用電設(shè)備的正常工作。同時,高次諧波對通訊設(shè)備也產(chǎn)生干擾信號。
對于電容負(fù)載:ZC=1/2πfC
當(dāng)f=n×50(n=2、3……)中n很大時,由上式可見ZC很小。
2、高次諧波的抑制方式
?。?)三相整流變壓器采用Y△或△Y,這樣聯(lián)接可以消除3的整數(shù)倍的高次諧波,電網(wǎng)中的諧波電流只有5、7、11、13等奇次諧波。
?。?)增加整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)。整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)越多,整流波形的脈波數(shù)越多,奇數(shù)低的諧波被消去的也越多。
?。?)裝設(shè)分流濾波器,分流濾波器是由R、C、L等元件組成的。串聯(lián)諧振電路一般采取三相星形聯(lián)接,它往往接在大型整流設(shè)備與電網(wǎng)的聯(lián)接處,見圖2。
圖2分流濾波器接線圖
(4)裝靜止無功補償裝置
上述四種抑制方式盡管對電網(wǎng)的凈化起了一定的作用,但它都有很大的局限性,不能對諧波全面管理或僅僅局限在很小的范圍之內(nèi)。這些方式都是被動的,不能隨諧波變化而變化。
3、一種新的諧波抑制方案
隨著科技的發(fā)展對諧波的抑制提出了新的設(shè)想,
它克服了以往濾波器僅固定在某些諧波頻段,它采用如圖3的拓?fù)漕愋?。它對非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波進行采樣、分析、建立頻譜圖,以此頻譜圖為依據(jù)向電網(wǎng)側(cè)送一個與非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波相反的諧波,從而達(dá)到諧波抑制的效果。
圖3有源諧波調(diào)節(jié)器的基本工作原理
據(jù)此原理推出了有源諧波調(diào)節(jié)器(ACTIVEHARMONICCONDITIONER)它能將2~25次諧波有效地抑制??筛鶕?jù)電網(wǎng)的情況調(diào)整電壓與電流波形的相位角,修正電流波形,提高功率因數(shù),有效地抑制諧波干擾。它的工作原理見圖4。
圖4有源諧波調(diào)節(jié)器工作原理框圖
有源諧波調(diào)節(jié)器具有友好的用戶界面,通過對話窗進行現(xiàn)場設(shè)置,真實地將用戶現(xiàn)場實際狀態(tài)反饋至有源諧波調(diào)節(jié)器中,讓其通過采樣拾取器實時捕捉諧波,全面有效地抑制電網(wǎng)中的諧波。該調(diào)節(jié)器還具有標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口,可方便地將諧波信息與實時計算機通訊。
(a)無有源諧波調(diào)節(jié)器
?。╞)有有源諧波調(diào)節(jié)器
圖5帶有非線性負(fù)載(計算機等)的輸入電流波形
圖5為非線性負(fù)載經(jīng)有源諧波調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)前(a)與調(diào)節(jié)后(b)的輸入電流波形比較??梢钥闯觯@種有源諧波調(diào)節(jié)器將大大抑制諧波,提高了功率因數(shù),同時大大地減小損耗,大大地節(jié)約了能源,保障了電網(wǎng)線路的安全。利用該諧波調(diào)節(jié)器可全面解決電網(wǎng)造成的損失。