電力系統諧波檢測和治理論文

　　摘要：目前電力系統諧波危害已經(jīng)引起了各個(gè)部門(mén)的關(guān)注，為了整個(gè)供電系統的供電質(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

　　前言

　　隨著(zhù)我國工業(yè)化進(jìn)程的迅猛發(fā)展，電網(wǎng)裝機容量不斷加大，電網(wǎng)中電力電子元件的使用也越來(lái)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，不但對電力系統的一些重要設備產(chǎn)生重大影響，對廣大用戶(hù)也產(chǎn)生了嚴重危害。目前，諧波與電磁干擾、功率因數降低被列為電力系統的三大公害，因而了解諧波產(chǎn)生的機理，研究和清除供配電系統中的高次諧波，對改于供電質(zhì)量、確保電力系統安全、經(jīng)濟運行都有著(zhù)十分重要的意義。

　　一、電力系統諧波危害

　�、僦C波會(huì )使公用電網(wǎng)中的電力設備產(chǎn)生附加的損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設備的效率。大量三次諧波流過(guò)中線(xiàn)會(huì )使線(xiàn)路過(guò)熱，嚴重的甚至可能引發(fā)火災。

　�、谥C波會(huì )影響電氣設備的正常工作，使電機產(chǎn)生機械振動(dòng)和噪聲等故障，變壓器局部嚴重過(guò)熱，電容器、電纜等設備過(guò)熱，絕緣部分老化、變質(zhì)，設備壽命縮減，直至最終損壞。

　�、壑C波會(huì )引起電網(wǎng)諧振，可能將諧波電流放大幾倍甚至數十倍，會(huì )對系統構成重大威脅，特別是對電容器和與之串聯(lián)的電抗器，電網(wǎng)諧振常會(huì )使之燒毀。

　�、苤C波會(huì )導致繼電保護和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，造成不必要的供電中斷和損失。

　�、葜C波會(huì )使電氣測量?jì)x表計量不準確，產(chǎn)生計量誤差，給供電部門(mén)或電力用戶(hù)帶來(lái)直接的經(jīng)濟損失。

　�、拗C波會(huì )對設備附近的通信系統產(chǎn)生干擾，輕則產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量;重則導致信息丟失，使通信系統無(wú)法正常工作。

　�、咧C波會(huì )干擾計算機系統等電子設備的正常工作，造成數據丟失或死機。

　�、嘀C波會(huì )影響無(wú)線(xiàn)電發(fā)射系統、雷達系統、核磁共振等設備的工作性能，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(dòng)型，又有被動(dòng)型；既有無(wú)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)節多采用模擬電路，因而造價(jià)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?xún)�，嚴重影響了有源濾波器的控制性能。近年來(lái)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的研究取得了較大進(jìn)展，由于神經(jīng)元有自適應和自學(xué)習能力，且結構簡(jiǎn)單，輸入輸出關(guān)系明了，因此可用神經(jīng)元替代自適應濾波器，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，然后檢測出應補償的電流，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(gè)比較薄弱的環(huán)節，限制了其應用范圍。

　　2.傅立葉變換

　　利用傅立葉變換可在數字域進(jìn)行諧波檢測，電力系統的諧波分析，目前大都是通過(guò)該方法實(shí)現的，離散傅立葉變換所需要處理的是經(jīng)過(guò)采樣和A/D轉換得到的數字信號，設待測信號為x(t)，采樣間隔為t秒，采樣頻率=1/t滿(mǎn)足采樣定理，即大于信號最高頻率分量的2倍，則采樣信號為x(nt)，并且采樣信號總是有限長(cháng)度的，即n=0，1……N-1。這相當于對無(wú)限長(cháng)的信號做了截斷，因而造成了傅立葉變換的泄露現象，產(chǎn)生誤差。此外，對于離散傅立葉變換來(lái)說(shuō)，如果不是整數周期采樣，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確參數，因而出現柵欄效應。通過(guò)加窗可以減小泄露現象的影響。

　　3.小波變換

　　小波變換已廣泛應用于信號分析、語(yǔ)音識別與合成、自動(dòng)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、隨機的、出現和消失都非常突然的信號，在應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。即對諧波采樣離散后，利用小波變換對數字信號進(jìn)行處理，從而實(shí)現對諧波的精確測定。小波可以看作是一個(gè)雙窗函數，對一信號進(jìn)行小波變換相當于從這一時(shí)頻窗內的信息提取信號。對于檢測高頻信息，時(shí)窗變窄，可對信號的高頻分量做細致的觀(guān)測；對于分析低頻信息，這時(shí)時(shí)窗自動(dòng)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(dòng)“調焦”性。其次，小波變換是按頻帶而不是按頻點(diǎn)的方式處理頻域信息，因此信號頻率的微小波動(dòng)不會(huì )對處理產(chǎn)生很大的影響，并不要求對信號進(jìn)行整周期采樣。另外，由小波變換的時(shí)間局部可知，在信號的局部發(fā)生波動(dòng)時(shí)，不會(huì )象傅立葉變換那樣把影響擴散到整個(gè)頻譜，而只改變當時(shí)一小段時(shí)間的頻譜分布，因此，采用小波變換可以跟蹤時(shí)變和暫態(tài)信號。

　　三、電力系統諧波治理

　　限于篇幅問(wèn)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整流的相數

　　對于帶有整流元件的設備，盡量增加整流的相數或脈動(dòng)數，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，一般在工程設計中予以考慮。因為整流器是供電系統中的主要諧波源之一，其在交流側所產(chǎn)生的高次諧波為tK1次諧波，即整流裝置從6脈動(dòng)諧波次數為n=6K1，如果增加到12脈動(dòng)時(shí)，其諧波次數為n=12K1(其中K為正整數)，這樣就可以消除5、7等次諧波，因此增加整流的相數或脈動(dòng)數，可有效地抑制低次諧波。不過(guò)，這種方法雖然在理論上可以實(shí)現，但是在實(shí)際應用中的投資過(guò)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載。

　　(2)整流變壓器采用Y/或/Y接線(xiàn)

　　該方法可抑制3的倍數次的高次諧波，以整流變壓器采用/Y接線(xiàn)形式為例說(shuō)明其原理，當高次諧波電流從晶閘管反串到變壓器副邊繞組內時(shí)，其中3的倍數次高次諧波電流無(wú)路可通，所以自然就被抑制而不存在。但將導致鐵心內出現3的倍數次高次諧波磁通(三相相位一致)，而該磁通將在變壓器原邊繞組內產(chǎn)生3的倍數次高次諧波電動(dòng)勢，從而產(chǎn)生3的倍數次的高次諧波電流。因為它們相位一致，只能在形繞組內產(chǎn)生環(huán)流，將能量消耗在繞組的電阻中，故原邊繞組端子上不會(huì )出現3的倍數次的高次諧波電動(dòng)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(xiàn)形式時(shí)，諧波源產(chǎn)生的3n(n是正整數)次諧波激磁電流在接線(xiàn)繞組內形成環(huán)流，不致使諧波注入公共電網(wǎng)。這種接線(xiàn)形式的優(yōu)點(diǎn)是可以自然消除3的整數倍次的諧波，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載。

　　(3)盡量選用高功率因數的整流器

　　采用整流器的多重化來(lái)減少諧波是一種傳統方法，用該方法構成的整流器還不足以稱(chēng)之為高功率因數整流器。高功率因數整流器是一種通過(guò)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，這種整流器可以被稱(chēng)為單位功率因數變流器(UPFC)。該方法只能在設備設計過(guò)程中加以注意，從而得到實(shí)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(gè)方波疊加，以消除次數較低的諧波，從而得到接近正弦波的階梯波。重數越多，波形越接近正弦波，但其電路也越復雜，因此該方法一般只用于大容量場(chǎng)合。另外，該方法不僅可以減少交流輸入電流的諧波，同時(shí)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(huì )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，還有基于諧波補償裝置功能的諧波抑制方法，它包括加裝無(wú)源濾波器、加裝有源濾波器、裝設靜止無(wú)功補償裝置(SVC)等等，在此就不再詳細論述。

　　隨著(zhù)現代信息技術(shù)，計算機技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，電能質(zhì)量問(wèn)題已越來(lái)越引起用戶(hù)和供電部門(mén)的重視。應用先進(jìn)的電能質(zhì)量測試儀器不僅能大大提高電能質(zhì)量的監測

　　與治理水平，同時(shí)還可建立先進(jìn)可靠的電能質(zhì)量監測網(wǎng)絡(luò )，及時(shí)分析和反映電網(wǎng)的電能質(zhì)量水平，找出電網(wǎng)中造成電能質(zhì)量諧波及故障的原因，采取相應的措施，為保證電網(wǎng)的安全、穩定、經(jīng)濟運行提供重要的保障。

　　參考文獻：

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