電力系(xi)統諧波危害的檢(jiǎn)測和治理
來源: 發(fa)布時間:2025-12-12 浏覽量:44
目(mu)前電力系統諧波(bō)危害已經引起了(le)各個部門的關注(zhù)，爲了整⭕個供電系(xì)統的供電質量，必(bì)須對諧波進行有(you)效的檢測和治理(lǐ)。對于供電質量、确(què)保電力系統安全(quán)、經濟運行都有着(zhe)十分重要的意義(yi)。
②諧(xie)波會影響電氣設(shè)備的正常工作，使(shi)儀器電機産生機(ji)🔞械振🈲動和噪聲等(deng)故障，變壓器局部(bù)嚴重過熱，電容👄器(qì)、電纜等設備過熱(rè)，絕緣部分老化、變(biàn)質，設備壽命縮🐆減(jian)，直至㊙️最終損壞。
③諧(xié)波會引起電網諧(xie)振，可能将諧波電(diàn)流放大幾倍🍓甚至(zhì)數十🏃♂️倍，會對系統(tong)構成重大威脅，特(te)别是對電容器和(he)與之串聯的電抗(kang)器，電網諧振常會(huì)使之燒毀。
④諧波會(hui)導緻繼電保護和(he)自動裝置誤動作(zuo)，造成不必👨❤️👨要的供(gòng)電中斷和損失。
⑥諧波會(huì)對設備附近的通(tōng)信系統産生幹擾(rao)，輕則産生噪聲，降(jiàng)低通信質量;重則(ze)導緻信息丢失，使(shi)通信系統無法正(zhèng)常👈工作。
⑦諧波會幹(gàn)擾計算機系統等(děng)電子設備的正常(cháng)工作，造成數據丢(diū)✏️失或死機。
⑧諧波會(hui)影響無線電發射(she)系統、雷達系統、核(he)磁共振✏️等設備的(de)工作性能，造成噪(zào)聲幹擾和圖像紊(wěn)亂。
消除諧波的(de)方法很多，即有主(zhu)動型，又有被動型(xing)；既💞有✍️無✍️源的，也有(you)有源的，還有混合(he)型的，目前較爲先(xian)進的是采用有💘源(yuán)電👣力濾波器。但由(you)于其檢測環節多(duo)采用模拟電路，因(yin)而造價較高，且由(yóu)📱于模拟帶通⭐濾波(bo)器對頻率和溫🚶♀️度(dù)的變化非常敏感(gǎn)，故使其基波幅值(zhi)誤差很難控制在(zai)10%以内，嚴重影響了(le)有源濾波器的控(kòng)制🧡性能。近年來，人(rén)工神經網絡的研(yan)究取得了較大進(jìn)展，由于神經元有(yǒu)自适👈應和自學習(xi)能力，且結構簡單(dan)，輸入輸出關系明(míng)了，因此可用神經(jīng)🏃🏻元替代自适應濾(lü)波器，再用一對與(yu)基波頻率相同，相(xiang)位相差90度的正弦(xián)向量作爲神經元(yuan)的輸入。由神經元(yuán)先得到基波電流(liu)，然後❓檢測出應補(bǔ)償的電流☔，從而完(wan)成諧波電流的檢(jian)⛹🏻♀️測。但人💔工神經網(wang)絡的硬件目前還(hái)是一個比較薄弱(ruò)的環節，限制了其(qí)應用範圍。
2.傅立葉(yè)變換
利用傅立葉(ye)變換可在數字域(yù)進行諧波檢測，電(dian)力系🏃♂️統的諧波分(fen)析，目前大都是通(tōng)過該方法實現的(de)，離散傅通測儀器(qi)立葉變換所需要(yào)處理的是經過采(cǎi)樣和⭕A/D轉換得到的(de)數字信号，設待測(cè)🔆信号爲x(t)，采樣間隔(ge)爲 t秒，采樣頻率 =1/ t滿(man)足采樣定理，即 大(da)于信号最👉高頻率(lǜ)分量的2倍，則采樣(yang)信号爲x(n t)，并且采樣(yàng)信号總是有限長(zhǎng)度的，即n=0，1……N-1。這相當于(yú)對無限長的信号(hào)做了截斷，因而造(zao)成了傅立葉變換(huàn)的洩露現象，産生(shēng)誤差。此外，對于離(lí)散傅立葉變換來(lái)說，如果不是整數(shu)周期采樣，那麽即(jí)使信号隻含👣有單(dan)一頻率，通測儀器(qì)離散傅立葉變換(huàn)也不可能求出信(xin)号的準确參數，因(yin)而出現栅欄效應(ying)。通過加窗可以減(jian)小洩露現象的影(yǐng)響。
3.小波變換
(1)增加整流變壓器(qi)二次側整流的相(xiàng)數
對于帶有整流(liu)元件的設備，盡量(liàng)增加整流的相數(shu)或脈動💛數♈，可以較(jiào)好地消除低次特(tè)征諧波，該措施可(kě)減⭐少諧波源産生(sheng)的諧波含量，一般(ban)在工程設計中予(yǔ)以考慮。因爲整流(liu)器是供電系統中(zhong)的主要諧波源之(zhi)一，其在交流側所(suo)産生的高次諧⛱️波(bō)爲tK 1次諧🍉波，即整流(liú)裝置從6脈動諧波(bō)次數爲n=6K 1，如果增加(jia)到12脈✍️動時，其諧波(bo)次數爲n=12K 1(其中K爲正(zheng)整數)，這樣就可以(yi)消除5、7等次諧波，因(yīn)此增加整流的相(xiàng)數或脈動數，可有(yǒu)效地抑制低次諧(xié)波。不過，這種方法(fǎ)雖然在理論上🎯可(ke)以實現，但是在實(shí)際應用中的投資(zi)過大，在技術上對(dui)消除諧波并不十(shi)分有效，該方法多(duo)用于大容量的整(zheng)流裝置負載。
(2)整流(liú)變壓器采用Y/或/Y接(jie)線
該方法可抑制(zhì)3的倍數次的高次(ci)諧波，以整流變壓(yā)💰器采用/Y接線形式(shì)爲例說明其原理(lǐ)，當高次諧波電流(liu)從晶閘管反串到(dào)變壓器副邊繞組(zǔ)内時，其中3的倍數(shu)次⚽高次諧🌈波電流(liu)㊙️無路可通，所以自(zì)然就被抑制而不(bu)存在。但将導緻鐵(tie)心内出現3的倍數(shù)次高次諧波磁通(tong)(三相相位一緻)，而(ér)該磁通将在變壓(yā)器原📞邊繞組内産(chan)生3的倍數次高次(ci)諧波電動勢，從🔞而(er)産生3的倍數次的(de)高次諧波電流。因(yīn)爲它們相位一緻(zhì)，隻能在 形繞組内(nèi)産♊生環流，将能量(liàng)消耗在繞組的電(diàn)阻中，故原邊繞組(zu)端⛹🏻♀️子上不會出現(xiàn)3的倍數次的高次(cì)諧波電動勢。從以(yi)上分析可以看出(chu)，三相晶閘🥰管整流(liu)裝置🌂的整流變壓(yā)器😘采用這種接線(xiàn)形式時，諧波源産(chǎn)生的3n(n是正整數)次(cì)諧波激磁電流在(zai)接線繞組内形❗成(chéng)環流，不緻使諧波(bo)注入公共電網。這(zhe)種接線形式的優(yōu)點是可以自然消(xiāo)除3的整數倍次的(de)諧波，是抑制高次(ci)諧波的最基本方(fang)法，該方法也多用(yong)于大容量🐅的整流(liu)裝置負載。
(3)盡量選(xuan)用高功率因數的(de)整流器
采用整流(liu)器的多重化來減(jiǎn)少諧波是一種傳(chuan)統方法🐕，用該方法(fa)構成的整流器還(hái)不足以稱之爲高(gao)功率因☂️數整☂️流器(qi)。高功率因數整流(liú)器是一種通過對(dui)整流器📞本身進行(háng)改造✏️，使其盡量不(bu)産生諧波，其電流(liú)和電壓同相位的(de)組合裝置👉，這種整(zheng)流器可以被稱爲(wèi)單位功率因數變(biàn)流器(UPFC)。該方法隻能(néng)在設備設計過程(cheng)中加以🌍注意，從而(er)得到👨❤️👨實踐中的諧(xie)波抑制效果。
(4)整流(liu)電路的多重化
整(zhěng)流電路的多重化(hua)，即将多個方波疊(dié)加，以消除次🆚數較(jiao)低的諧✂️波，從而得(de)到接近正弦波的(de)階梯波。重數越多(duo)，波📞形越接近🚩正弦(xián)波，但其電路也越(yuè)複雜，因此該方法(fǎ)一般隻用于大容(rong)量場合。另外，該方(fāng)法不僅可以減少(shǎo)交流輸入電流的(de)諧波，同時也可以(yǐ)減🔞少直流輸出電(diàn)壓中的諧波幅值(zhi)，并提高紋波頻率(lǜ)。如果把上述方法(fa)與PWM技術配合使用(yòng)，則會産生很好的(de)諧波抑制效果。該(gāi)方法用于橋式整(zheng)流電路中，以減少(shǎo)輸入電流的諧👉波(bō)。
當然，除了基于改(gai)造諧波源本身的(de)諧波抑制方法，還(hái)有基于諧波補償(chang)裝置功能的諧波(bo)抑制方法，它包括(kuò)加裝無源濾波器(qi)、加裝有源濾波器(qì)、裝設靜止無功補(bu)償裝置(SVC)等等，在此(cǐ)就不再詳細論述(shù)。
一、電力(li)系統諧波危害
①諧(xié)波會使公用電網(wang)中的電力設備産(chǎn)生附加的損🤞耗，降(jiàng)低了發電、輸電及(jí)用電設備的效率(lǜ)。大量三次諧波流(liú)過中線會使線路(lu)過熱，嚴重的甚至(zhì)可能引發火災。②諧(xie)波會影響電氣設(shè)備的正常工作，使(shi)儀器電機産生機(ji)🔞械振🈲動和噪聲等(deng)故障，變壓器局部(bù)嚴重過熱，電容👄器(qì)、電纜等設備過熱(rè)，絕緣部分老化、變(biàn)質，設備壽命縮🐆減(jian)，直至㊙️最終損壞。
③諧(xié)波會引起電網諧(xie)振，可能将諧波電(diàn)流放大幾倍🍓甚至(zhì)數十🏃♂️倍，會對系統(tong)構成重大威脅，特(te)别是對電容器和(he)與之串聯的電抗(kang)器，電網諧振常會(huì)使之燒毀。
④諧波會(hui)導緻繼電保護和(he)自動裝置誤動作(zuo)，造成不必👨❤️👨要的供(gòng)電中斷和損失。
⑥諧波會(huì)對設備附近的通(tōng)信系統産生幹擾(rao)，輕則産生噪聲，降(jiàng)低通信質量;重則(ze)導緻信息丢失，使(shi)通信系統無法正(zhèng)常👈工作。
⑦諧波會幹(gàn)擾計算機系統等(děng)電子設備的正常(cháng)工作，造成數據丢(diū)✏️失或死機。
⑧諧波會(hui)影響無線電發射(she)系統、雷達系統、核(he)磁共振✏️等設備的(de)工作性能，造成噪(zào)聲幹擾和圖像紊(wěn)亂。
二、諧(xie)波檢測方法
1.模拟(nǐ)電路消除諧波的(de)方法很多，即有主(zhu)動型，又有被動型(xing)；既💞有✍️無✍️源的，也有(you)有源的，還有混合(he)型的，目前較爲先(xian)進的是采用有💘源(yuán)電👣力濾波器。但由(you)于其檢測環節多(duo)采用模拟電路，因(yin)而造價較高，且由(yóu)📱于模拟帶通⭐濾波(bo)器對頻率和溫🚶♀️度(dù)的變化非常敏感(gǎn)，故使其基波幅值(zhi)誤差很難控制在(zai)10%以内，嚴重影響了(le)有源濾波器的控(kòng)制🧡性能。近年來，人(rén)工神經網絡的研(yan)究取得了較大進(jìn)展，由于神經元有(yǒu)自适👈應和自學習(xi)能力，且結構簡單(dan)，輸入輸出關系明(míng)了，因此可用神經(jīng)🏃🏻元替代自适應濾(lü)波器，再用一對與(yu)基波頻率相同，相(xiang)位相差90度的正弦(xián)向量作爲神經元(yuan)的輸入。由神經元(yuán)先得到基波電流(liu)，然後❓檢測出應補(bǔ)償的電流☔，從而完(wan)成諧波電流的檢(jian)⛹🏻♀️測。但人💔工神經網(wang)絡的硬件目前還(hái)是一個比較薄弱(ruò)的環節，限制了其(qí)應用範圍。
2.傅立葉(yè)變換
利用傅立葉(ye)變換可在數字域(yù)進行諧波檢測，電(dian)力系🏃♂️統的諧波分(fen)析，目前大都是通(tōng)過該方法實現的(de)，離散傅通測儀器(qi)立葉變換所需要(yào)處理的是經過采(cǎi)樣和⭕A/D轉換得到的(de)數字信号，設待測(cè)🔆信号爲x(t)，采樣間隔(ge)爲 t秒，采樣頻率 =1/ t滿(man)足采樣定理，即 大(da)于信号最👉高頻率(lǜ)分量的2倍，則采樣(yang)信号爲x(n t)，并且采樣(yàng)信号總是有限長(zhǎng)度的，即n=0，1……N-1。這相當于(yú)對無限長的信号(hào)做了截斷，因而造(zao)成了傅立葉變換(huàn)的洩露現象，産生(shēng)誤差。此外，對于離(lí)散傅立葉變換來(lái)說，如果不是整數(shu)周期采樣，那麽即(jí)使信号隻含👣有單(dan)一頻率，通測儀器(qì)離散傅立葉變換(huàn)也不可能求出信(xin)号的準确參數，因(yin)而出現栅欄效應(ying)。通過加窗可以減(jian)小洩露現象的影(yǐng)響。
3.小波變換
三、電力系統(tong)諧波治理
限于篇(pian)幅問題，本文在此(cǐ)隻介紹基于改造(zào)諧波源本身的諧(xie)⁉️波抑制方法，基于(yú)改造諧波源本身(shēn)的諧波抑💔制方法(fa)一🐅般有💛以下⚽幾種(zhǒng)。(1)增加整流變壓器(qi)二次側整流的相(xiàng)數
對于帶有整流(liu)元件的設備，盡量(liàng)增加整流的相數(shu)或脈動💛數♈，可以較(jiào)好地消除低次特(tè)征諧波，該措施可(kě)減⭐少諧波源産生(sheng)的諧波含量，一般(ban)在工程設計中予(yǔ)以考慮。因爲整流(liu)器是供電系統中(zhong)的主要諧波源之(zhi)一，其在交流側所(suo)産生的高次諧⛱️波(bō)爲tK 1次諧🍉波，即整流(liú)裝置從6脈動諧波(bō)次數爲n=6K 1，如果增加(jia)到12脈✍️動時，其諧波(bo)次數爲n=12K 1(其中K爲正(zheng)整數)，這樣就可以(yi)消除5、7等次諧波，因(yīn)此增加整流的相(xiàng)數或脈動數，可有(yǒu)效地抑制低次諧(xié)波。不過，這種方法(fǎ)雖然在理論上🎯可(ke)以實現，但是在實(shí)際應用中的投資(zi)過大，在技術上對(dui)消除諧波并不十(shi)分有效，該方法多(duo)用于大容量的整(zheng)流裝置負載。
(2)整流(liú)變壓器采用Y/或/Y接(jie)線
該方法可抑制(zhì)3的倍數次的高次(ci)諧波，以整流變壓(yā)💰器采用/Y接線形式(shì)爲例說明其原理(lǐ)，當高次諧波電流(liu)從晶閘管反串到(dào)變壓器副邊繞組(zǔ)内時，其中3的倍數(shu)次⚽高次諧🌈波電流(liu)㊙️無路可通，所以自(zì)然就被抑制而不(bu)存在。但将導緻鐵(tie)心内出現3的倍數(shù)次高次諧波磁通(tong)(三相相位一緻)，而(ér)該磁通将在變壓(yā)器原📞邊繞組内産(chan)生3的倍數次高次(ci)諧波電動勢，從🔞而(er)産生3的倍數次的(de)高次諧波電流。因(yīn)爲它們相位一緻(zhì)，隻能在 形繞組内(nèi)産♊生環流，将能量(liàng)消耗在繞組的電(diàn)阻中，故原邊繞組(zu)端⛹🏻♀️子上不會出現(xiàn)3的倍數次的高次(cì)諧波電動勢。從以(yi)上分析可以看出(chu)，三相晶閘🥰管整流(liu)裝置🌂的整流變壓(yā)器😘采用這種接線(xiàn)形式時，諧波源産(chǎn)生的3n(n是正整數)次(cì)諧波激磁電流在(zai)接線繞組内形❗成(chéng)環流，不緻使諧波(bo)注入公共電網。這(zhe)種接線形式的優(yōu)點是可以自然消(xiāo)除3的整數倍次的(de)諧波，是抑制高次(ci)諧波的最基本方(fang)法，該方法也多用(yong)于大容量🐅的整流(liu)裝置負載。
(3)盡量選(xuan)用高功率因數的(de)整流器
采用整流(liu)器的多重化來減(jiǎn)少諧波是一種傳(chuan)統方法🐕，用該方法(fa)構成的整流器還(hái)不足以稱之爲高(gao)功率因☂️數整☂️流器(qi)。高功率因數整流(liú)器是一種通過對(dui)整流器📞本身進行(háng)改造✏️，使其盡量不(bu)産生諧波，其電流(liú)和電壓同相位的(de)組合裝置👉，這種整(zheng)流器可以被稱爲(wèi)單位功率因數變(biàn)流器(UPFC)。該方法隻能(néng)在設備設計過程(cheng)中加以🌍注意，從而(er)得到👨❤️👨實踐中的諧(xie)波抑制效果。
(4)整流(liu)電路的多重化
整(zhěng)流電路的多重化(hua)，即将多個方波疊(dié)加，以消除次🆚數較(jiao)低的諧✂️波，從而得(de)到接近正弦波的(de)階梯波。重數越多(duo)，波📞形越接近🚩正弦(xián)波，但其電路也越(yuè)複雜，因此該方法(fǎ)一般隻用于大容(rong)量場合。另外，該方(fāng)法不僅可以減少(shǎo)交流輸入電流的(de)諧波，同時也可以(yǐ)減🔞少直流輸出電(diàn)壓中的諧波幅值(zhi)，并提高紋波頻率(lǜ)。如果把上述方法(fa)與PWM技術配合使用(yòng)，則會産生很好的(de)諧波抑制效果。該(gāi)方法用于橋式整(zheng)流電路中，以減少(shǎo)輸入電流的諧👉波(bō)。
當然，除了基于改(gai)造諧波源本身的(de)諧波抑制方法，還(hái)有基于諧波補償(chang)裝置功能的諧波(bo)抑制方法，它包括(kuò)加裝無源濾波器(qi)、加裝有源濾波器(qì)、裝設靜止無功補(bu)償裝置(SVC)等等，在此(cǐ)就不再詳細論述(shù)。