諧波治理與無功補償

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1、諧波治理技術(shù)與無功功率專題OwnedbyUESTC-SESE講解內(nèi)容諧波問題及研究現(xiàn)狀1諧波抑制的方法綜述2無功功率相關(guān)論述3Whatwecando4諧波研究背景及意義抑制電網(wǎng)諧波必要性近年來,配電網(wǎng)中整流器、變頻調(diào)速裝置、電弧爐、電氣化鐵路以及各種電力電子設備的應用不斷增加。這些負荷的非線性、沖擊性和不平衡性的用電特性,對供電質(zhì)量造成嚴重的污染。另一方面,現(xiàn)代工業(yè)、商業(yè)以及居民用戶的用電設備對電能質(zhì)量的要求更加敏感,對供電質(zhì)量提出更高的要求。隨著信息產(chǎn)業(yè)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展以及傳統(tǒng)行業(yè)采用計算機管理及先進控制技術(shù)的應用,對供電可靠性和

2、電能質(zhì)量敏感的負荷所占的比重越來越大,現(xiàn)代數(shù)字信息對供電可靠性及個性化電能質(zhì)量需求有了更高的要求。這意味著信息社會不僅依賴于電力供應,而且更需要新的特殊的電力供應。諧波的基本概念諧波定義為：電氣量頻率為基波整數(shù)倍的正弦波分量。對于我國使用的50Hz電源來說基波為50Hz，3次諧波為150Hz，5次諧波為250Hz，以此類推。目前國際普遍定義諧波為：諧波的產(chǎn)生及來源非線性負載是電力系統(tǒng)的主要諧波源，這類負載可劃分為如下幾類：正弦電壓正弦電流非線性負載非正弦電壓,電流線性設備的非線性運行變壓器，電機，鎮(zhèn)流器等鐵磁設備的暫態(tài)運行，近飽和運行，線性

3、不理想；這種諧波源在電力電子裝置大量應用之前，他們是主要的諧波源，現(xiàn)在這類諧波源在電力系統(tǒng)諧波源中所占比例并不大。時變諧波源如電弧爐，電弧焊機等這類負載，其發(fā)生諧波特征和大小均會隨時間變化，除奇次諧波外，一般還含有偶次諧波，間諧波(非基波整數(shù)倍頻率)和次諧波(頻率小于基波頻率)。這類負載一般分析較為復雜，處理技術(shù)難度較大，成本也較高。電力電子變換裝置(非線性)設備變頻調(diào)速系統(tǒng)、感應加熱、電解電鍍、軋機、整流電源、UPS、部分無功補償設備、計算機(開關(guān))電源、電子鎮(zhèn)流器等。電力電子變換裝置是目前主要的諧波源。諧波的危害污染公用電網(wǎng)：公用電網(wǎng)的

4、諧波特別嚴重時，不但影響接入該電網(wǎng)設備(電視機，計算機等)的正常工作，甚至會造成故障，而且還會造成向公用電網(wǎng)的中性線注入更多電流，造成超載、發(fā)熱，影響電力正常輸送。對通信系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾(EMI)等：如直流輸電中，直流換流站換相時會產(chǎn)生3―10kHz高頻噪聲，會干擾電力載波通信的正常工作。影響計量準確度：絕大部分目前在用的電力計量儀表均在基波無畸變條件下整定，諧波的存在，帶來不同程度的計量誤差。影響變壓器工作：諧波電流，特別是3次(及其倍數(shù))諧波侵入三角形連接的變壓器，會在其繞組中形成環(huán)流，使繞組發(fā)熱。增大設備電壓電流容量，增加線路損耗。諧

5、波的存在，加大了電壓電流波峰系數(shù)，長期會降低設備絕緣等級，加速絕緣老化。影響繼電保護等裝置可靠運行；威脅用電設備，甚至電網(wǎng)安全。諧波危害諧波抑制解決電力電子裝置和其它諧波源的諧波污染問題的思路主動方式：即對電力電子裝置本身進行改造，使其產(chǎn)生諧波很少或者不產(chǎn)生諧波,且控制功率因數(shù)為1(只適用于作為主要諧波源的電力電子裝置)；被動方式：即裝設諧波補償裝置來補償諧波。主動型方法針對性較強，而且多種多樣，通用性較差。而被動型方法主要研究如何治理電網(wǎng)中己經(jīng)存在的諧波成分，具有較高的通用性。主動方式簡略框圖：諧波抑制無源電力濾波器（PF）利用電容器、電

6、抗器和電阻器的適當組合而構(gòu)成的濾波裝置。其具有結(jié)構(gòu)簡單、維護方便等優(yōu)點,但只能抑制固定次諧波、其濾波效果受系統(tǒng)阻抗及頻率變化影響、且體積龐大、易與系統(tǒng)發(fā)生諧振。有源電力濾波器（APF）其基本原理是產(chǎn)生一個與負載諧波電流具有幅值相同而相位相反的補償電流，與負載諧波電流相抵消以達到消除諧波的目的。是一種積極的諧波消除方式，濾波器效果較無源濾波器好。被動方式諧波抑制-無源濾波-LC調(diào)諧濾波器LC無源濾波無源濾波技術(shù)(PF)主要采用電工理論的LC串聯(lián)諧振原理，即對h次諧波成分，當2πhf1L=1/2πhf1C時，LC串聯(lián)阻抗為0，這是其物理本質(zhì)。從

7、結(jié)構(gòu)上，可分為單調(diào)諧，雙調(diào)諧，高通濾波器等。實際應用中常用幾組單調(diào)諧波濾波器和一組高通濾波器組成濾波裝置。LC單調(diào)諧濾波器濾波器對n次諧波的阻抗為:下標表示n次單調(diào)諧波濾波器。LC濾波器結(jié)構(gòu)及其阻抗頻率曲線諧波抑制-無源濾波-LC調(diào)諧濾波器在諧振點處，對LC單調(diào)諧濾波器有:在諧振點處，，因較小，n次諧波主要由分流,很少流入電網(wǎng)中。而對其它次數(shù)的諧波，，濾波器分流很少。因此，只要將濾波器的諧振次數(shù)設置為所需要濾除的諧波次數(shù)一樣，則該次諧波將大部分流入濾波器，從而起到濾除該次諧波的目的。單調(diào)諧波濾波器是利用串聯(lián)L、C諧振原理構(gòu)成的，諧振次數(shù)n為

8、:雙調(diào)諧濾波器與LC單調(diào)諧濾波器相似,雙調(diào)諧濾波器有兩個諧振頻率，合理設計時，可以同時吸收兩個頻率的諧波，等效于兩個并聯(lián)的單調(diào)諧濾波器。諧波抑制-無源濾波-高通濾波器高通濾波器也