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電力系(xi)統諧波危害的(de)檢測和治理
來(lai)源: 發布時間:2025-12-12 浏(liu)覽量:48
目前電力(lì)系統諧波危害(hai)已經引起了各(gè)個部門的關注(zhù)，爲💰了整個供電(diàn)系統的供電質(zhì)量，必須對諧波(bō)進行有效的檢(jian)測和治理。對于(yu)供電質量、确保(bǎo)電力系統安全(quán)、經濟運行都♻️有(you)着十分重要的(de)意義。
②諧波會影響電(dian)氣設備的正常(cháng)工作，使儀器電(dian)機産生機械振(zhèn)動♍和噪聲等故(gu)障，變壓器局部(bu)嚴重過熱，電容(rong)器、電纜等設備(bei)過熱，絕緣部分(fen)老化、變質，設備(bei)壽命縮減，直至(zhi)♍最終損🙇♀️壞。
③諧波(bo)會引起電網諧(xie)振，可能将諧波(bō)電流放大幾倍(bei)甚至數十倍♻️，會(huì)對系統構成重(zhòng)大威脅，特别是(shì)對電容器和與(yu)之串聯的🌏電抗(kàng)器，電網諧振常(cháng)會使之燒毀。
④諧(xie)波會導緻繼電(dian)保護和自動裝(zhuang)置誤動作，造成(cheng)不必要的供電(dian)中斷和損失。
⑤諧(xié)波會使電氣測(cè)量儀表計量不(bu)準确，産生計量(liàng)誤差，給供電部(bu)門或電力用戶(hù)帶來直接的經(jīng)濟損失。
⑥諧波會(huì)對設備附近的(de)通信系統産生(sheng)幹擾，輕則産生(shēng)噪聲，降低通信(xìn)質量;重則導緻(zhì)信息丢失，使通(tong)信系統無法正(zhèng)常工作。
⑦諧波會(hui)幹擾計算機系(xì)統等電子設備(bèi)的正常工作，造(zào)成數據丢🌈失或(huò)死機。
⑧諧波會影(ying)響無線電發射(she)系統、雷達系統(tong)、核磁共振🤟等設(she)備的🌏工作性能(neng)，造成噪聲幹擾(rao)和圖像紊亂。
消除諧波(bo)的方法很多，即(jí)有主動型，又有(yǒu)被動型；既有無(wú)源的，也有有源(yuan)的，還有混合型(xíng)的，目前較爲先(xiān)進的是采用有(yǒu)源電🤩力濾波器(qi)。但由于其檢測(cè)環節多采用模(mo)拟電路，因而造(zào)價較高，且由✊于(yu)模拟帶通濾波(bō)器對頻率和溫(wen)度的變化非常(cháng)敏感，故使其基(ji)波幅值誤差很(hěn)難控制在♈10%以内(nei)，嚴重影響了有(you)源濾波器的控(kòng)制👅性能。近年來(lái)，人工神經網絡(luò)的研究取得了(le)較大㊙️進展，由于(yú)神經👣元有自适(shì)📱應和自學習能(néng)力，且結構簡單(dan)，輸入輸出關系(xì)明了，因此可用(yòng)神經🤩元替代自(zi)❌适應濾波器，再(zai)用一對與基波(bo)頻率相同，相位(wei)相差90度的正弦(xián)向量作爲神經(jing)元的輸入。由神(shen)經元先得到基(jī)波電流，然💋後檢(jian)測出應補償的(de)電流，從而完成(cheng)諧波電流的檢(jian)測。但人工神經(jing)網絡的硬🈚件目(mù)前還🈲是一個比(bǐ)較薄弱的環節(jie)，限制了其應用(yòng)💯範圍。
2.傅立葉變(bian)換
3.小(xiǎo)波變換
(1)增加(jia)整流變壓器二(er)次側整流的相(xiang)數
對于帶有整(zheng)流元件的設備(bèi)，盡量增加整流(liu)的相數或🤩脈動(dong)數，可以較好地(dì)消除低次特征(zhēng)諧波，該措施可(ke)減少諧波源産(chan)生的諧波含量(liàng)，一般在工程設(shè)計中予以考慮(lü)。因爲整流器是(shi)供🔴電系統中的(de)主要諧💯波源之(zhi)一，其在交流側(cè)所産生的高次(ci)諧波爲tK 1次諧🧑🏽🤝🧑🏻波(bo)，即整流裝置從(cóng)6脈動諧波次數(shu)爲n=6K 1，如❓果增加到(dao)12脈動時，其諧波(bō)次數爲n=12K 1(其中K爲(wèi)正整數)，這樣就(jiu)可以消除5、7等次(ci)諧波，因此增加(jia)整🌈流的相數或(huò)脈動數，可有效(xiào)地抑制低次諧(xié)波。不過，這種方(fang)法雖然在理論(lùn)上可以實現，但(dàn)是在實際應用(yong)中🔆的投資過大(dà)，在技術🌈上對消(xiao)除諧波并不十(shi)分有效，該方法(fa)多用于大容量(liàng)的整流裝置負(fu)載。
(2)整流變壓器(qì)采用Y/或/Y接線
該(gai)方法可抑制3的(de)倍數次的高次(ci)諧波，以整流變(biàn)壓🙇♀️器采用/Y接🧑🏾🤝🧑🏼線(xiàn)形式爲例說明(míng)其原理，當高次(cì)諧波電流從晶(jīng)閘管反串到變(bian)壓器副邊繞組(zǔ)内時，其中3的倍(bèi)數次高次諧波(bō)電流無路可通(tōng)，所以自然就被(bei)抑制而不存🎯在(zai)。但将導緻鐵心(xin)内👨❤️👨出現3的倍數(shu)次高次諧波磁(cí)通(三相相位一(yi)緻)，而該磁通将(jiang)在變壓器原邊(bian)繞組内産生3的(de)倍數次高次諧(xie)波電動勢，從而(er)産生3的倍數次(cì)的高次諧波電(dian)流。因爲它們相(xiang)位一緻，隻能在(zài) 形繞組内産💚生(shēng)環流，将能量消(xiāo)耗在繞組的電(dian)阻中，故原邊繞(rao)組端子上不會(hui)出現3的倍數👉次(ci)的高次諧波電(diàn)動勢。從以上⁉️分(fen)析可以看出，三(san)相晶閘🐉管整流(liu)裝置的整流變(biàn)壓器采用這種(zhong)接線形式時🔴，諧(xié)波源産生的3n(n是(shi)正整數)次諧波(bo)激磁電流在接(jie)線繞組内形成(cheng)環流，不緻使諧(xié)波注入公🤩共電(dian)網。這種✂️接線形(xing)式的優點是可(kě)以自然消除3的(de)整數倍次的諧(xié)波，是抑制高次(cì)諧波的最基本(ben)方法，該方法也(ye)多用于🈲大容量(liang)的整流裝置負(fù)載。
(3)盡量選用高(gao)功率因數的整(zhěng)流器
采用整流(liú)器的多重化來(lái)減少諧波是一(yī)種傳統方法，用(yong)該👄方🧑🏾🤝🧑🏼法構成的(de)整流器還不足(zú)以稱之爲高功(gōng)率因數整流器(qi)🍓。高功率因數整(zhěng)流器是一種通(tōng)過對整流器📧本(běn)身進🙇♀️行改造，使(shǐ)其盡量不産生(shēng)諧波，其電流和(he)電壓同相位的(de)組合裝置🔅，這種(zhǒng)整流器可以被(bèi)稱爲單位功率(lǜ)因數變流器(UPFC)。該(gai)方法隻能在設(shè)備設計過程中(zhōng)加以注意，從而(er)得到實踐中的(de)諧波抑制效果(guo)。
(4)整流電路的多(duo)重化
整流電路(lù)的多重化，即将(jiāng)多個方波疊加(jiā)，以消除次數較(jiào)低的諧波，從而(er)得到接近正弦(xián)波的階梯波。重(zhòng)✊數越多，波形越(yuè)接近💁正弦波，但(dan)其電路也越複(fú)雜，因此該方法(fǎ)一般隻用于大(da)容量場合。另外(wai)，該方法不僅可(kě)以減✏️少交流輸(shū)入電流的諧波(bō)，同時🎯也可以減(jiǎn)少直流輸出電(diàn)壓中的諧波幅(fu)值，并提🔆高紋波(bō)頻率🤩。如果把上(shàng)述方法與PWM技術(shù)配合使用，則會(huì)産生很好的諧(xie)波抑制效果。該(gai)方法用于橋式(shi)🐇整流電路中，以(yǐ)❗減少輸入電流(liu)的諧⭕波。
當然，除(chú)了基于改造諧(xié)波源本身的諧(xie)波抑制方法，還(hái)有⁉️基于諧波補(bǔ)償裝置功能的(de)諧波抑制方法(fǎ)，它包括加裝無(wu)源濾波🚶器、加裝(zhuang)有源濾波器、裝(zhuāng)設靜止👨❤️👨無功補(bu)償裝置(SVC)等等，在(zài)此就不再詳細(xi)論述。
随着現代(dài)信息技術，計算(suàn)機技術和電子(zi)技術的發展，電(diàn)能質量問題已(yi)越來越引起用(yòng)戶和供電部門(mén)🙇♀️的重🤞視。應用先(xiān)進的電能🍓質量(liàng)測試儀器不僅(jin)能大大提高電(dian)能質量的監測(ce)與治理水平，同(tóng)時還可建立先(xian)進可靠的電能(néng)質量監測㊙️網絡(luo)，及時分析和反(fǎn)映電網的電能(néng)質量水平，找出(chu)電網中👈造成電(diàn)能質量諧波及(jí)故障的原因，采(cǎi)取相應的措施(shī)，爲保👣證電網的(de)安全、穩定、經🚩濟(jì)運行提供重要(yao)的保障。
一、電力系統諧(xie)波危害
②諧波會影響電(dian)氣設備的正常(cháng)工作，使儀器電(dian)機産生機械振(zhèn)動♍和噪聲等故(gu)障，變壓器局部(bu)嚴重過熱，電容(rong)器、電纜等設備(bei)過熱，絕緣部分(fen)老化、變質，設備(bei)壽命縮減，直至(zhi)♍最終損🙇♀️壞。
③諧波(bo)會引起電網諧(xie)振，可能将諧波(bō)電流放大幾倍(bei)甚至數十倍♻️，會(huì)對系統構成重(zhòng)大威脅，特别是(shì)對電容器和與(yu)之串聯的🌏電抗(kàng)器，電網諧振常(cháng)會使之燒毀。
④諧(xie)波會導緻繼電(dian)保護和自動裝(zhuang)置誤動作，造成(cheng)不必要的供電(dian)中斷和損失。
⑤諧(xié)波會使電氣測(cè)量儀表計量不(bu)準确，産生計量(liàng)誤差，給供電部(bu)門或電力用戶(hù)帶來直接的經(jīng)濟損失。
⑥諧波會(huì)對設備附近的(de)通信系統産生(sheng)幹擾，輕則産生(shēng)噪聲，降低通信(xìn)質量;重則導緻(zhì)信息丢失，使通(tong)信系統無法正(zhèng)常工作。
⑦諧波會(hui)幹擾計算機系(xì)統等電子設備(bèi)的正常工作，造(zào)成數據丢🌈失或(huò)死機。
⑧諧波會影(ying)響無線電發射(she)系統、雷達系統(tong)、核磁共振🤟等設(she)備的🌏工作性能(neng)，造成噪聲幹擾(rao)和圖像紊亂。
二、諧波(bō)檢測方法
1.模拟(ni)電路消除諧波(bo)的方法很多，即(jí)有主動型，又有(yǒu)被動型；既有無(wú)源的，也有有源(yuan)的，還有混合型(xíng)的，目前較爲先(xiān)進的是采用有(yǒu)源電🤩力濾波器(qi)。但由于其檢測(cè)環節多采用模(mo)拟電路，因而造(zào)價較高，且由✊于(yu)模拟帶通濾波(bō)器對頻率和溫(wen)度的變化非常(cháng)敏感，故使其基(ji)波幅值誤差很(hěn)難控制在♈10%以内(nei)，嚴重影響了有(you)源濾波器的控(kòng)制👅性能。近年來(lái)，人工神經網絡(luò)的研究取得了(le)較大㊙️進展，由于(yú)神經👣元有自适(shì)📱應和自學習能(néng)力，且結構簡單(dan)，輸入輸出關系(xì)明了，因此可用(yòng)神經🤩元替代自(zi)❌适應濾波器，再(zai)用一對與基波(bo)頻率相同，相位(wei)相差90度的正弦(xián)向量作爲神經(jing)元的輸入。由神(shen)經元先得到基(jī)波電流，然💋後檢(jian)測出應補償的(de)電流，從而完成(cheng)諧波電流的檢(jian)測。但人工神經(jing)網絡的硬🈚件目(mù)前還🈲是一個比(bǐ)較薄弱的環節(jie)，限制了其應用(yòng)💯範圍。
2.傅立葉變(bian)換
3.小(xiǎo)波變換
三、電力(lì)系統諧波治理(li)
限于篇幅問題(ti)，本文在此隻介(jiè)紹基于改造諧(xié)波源本身的諧(xie)波🤩抑制方法，基(ji)于改造諧波源(yuán)本身的諧波抑(yì)制方✨法一般有(yǒu)以下幾種。(1)增加(jia)整流變壓器二(er)次側整流的相(xiang)數
對于帶有整(zheng)流元件的設備(bèi)，盡量增加整流(liu)的相數或🤩脈動(dong)數，可以較好地(dì)消除低次特征(zhēng)諧波，該措施可(ke)減少諧波源産(chan)生的諧波含量(liàng)，一般在工程設(shè)計中予以考慮(lü)。因爲整流器是(shi)供🔴電系統中的(de)主要諧💯波源之(zhi)一，其在交流側(cè)所産生的高次(ci)諧波爲tK 1次諧🧑🏽🤝🧑🏻波(bo)，即整流裝置從(cóng)6脈動諧波次數(shu)爲n=6K 1，如❓果增加到(dao)12脈動時，其諧波(bō)次數爲n=12K 1(其中K爲(wèi)正整數)，這樣就(jiu)可以消除5、7等次(ci)諧波，因此增加(jia)整🌈流的相數或(huò)脈動數，可有效(xiào)地抑制低次諧(xié)波。不過，這種方(fang)法雖然在理論(lùn)上可以實現，但(dàn)是在實際應用(yong)中🔆的投資過大(dà)，在技術🌈上對消(xiao)除諧波并不十(shi)分有效，該方法(fa)多用于大容量(liàng)的整流裝置負(fu)載。
(2)整流變壓器(qì)采用Y/或/Y接線
該(gai)方法可抑制3的(de)倍數次的高次(ci)諧波，以整流變(biàn)壓🙇♀️器采用/Y接🧑🏾🤝🧑🏼線(xiàn)形式爲例說明(míng)其原理，當高次(cì)諧波電流從晶(jīng)閘管反串到變(bian)壓器副邊繞組(zǔ)内時，其中3的倍(bèi)數次高次諧波(bō)電流無路可通(tōng)，所以自然就被(bei)抑制而不存🎯在(zai)。但将導緻鐵心(xin)内👨❤️👨出現3的倍數(shu)次高次諧波磁(cí)通(三相相位一(yi)緻)，而該磁通将(jiang)在變壓器原邊(bian)繞組内産生3的(de)倍數次高次諧(xie)波電動勢，從而(er)産生3的倍數次(cì)的高次諧波電(dian)流。因爲它們相(xiang)位一緻，隻能在(zài) 形繞組内産💚生(shēng)環流，将能量消(xiāo)耗在繞組的電(dian)阻中，故原邊繞(rao)組端子上不會(hui)出現3的倍數👉次(ci)的高次諧波電(diàn)動勢。從以上⁉️分(fen)析可以看出，三(san)相晶閘🐉管整流(liu)裝置的整流變(biàn)壓器采用這種(zhong)接線形式時🔴，諧(xié)波源産生的3n(n是(shi)正整數)次諧波(bo)激磁電流在接(jie)線繞組内形成(cheng)環流，不緻使諧(xié)波注入公🤩共電(dian)網。這種✂️接線形(xing)式的優點是可(kě)以自然消除3的(de)整數倍次的諧(xié)波，是抑制高次(cì)諧波的最基本(ben)方法，該方法也(ye)多用于🈲大容量(liang)的整流裝置負(fù)載。
(3)盡量選用高(gao)功率因數的整(zhěng)流器
采用整流(liú)器的多重化來(lái)減少諧波是一(yī)種傳統方法，用(yong)該👄方🧑🏾🤝🧑🏼法構成的(de)整流器還不足(zú)以稱之爲高功(gōng)率因數整流器(qi)🍓。高功率因數整(zhěng)流器是一種通(tōng)過對整流器📧本(běn)身進🙇♀️行改造，使(shǐ)其盡量不産生(shēng)諧波，其電流和(he)電壓同相位的(de)組合裝置🔅，這種(zhǒng)整流器可以被(bèi)稱爲單位功率(lǜ)因數變流器(UPFC)。該(gai)方法隻能在設(shè)備設計過程中(zhōng)加以注意，從而(er)得到實踐中的(de)諧波抑制效果(guo)。
(4)整流電路的多(duo)重化
整流電路(lù)的多重化，即将(jiāng)多個方波疊加(jiā)，以消除次數較(jiào)低的諧波，從而(er)得到接近正弦(xián)波的階梯波。重(zhòng)✊數越多，波形越(yuè)接近💁正弦波，但(dan)其電路也越複(fú)雜，因此該方法(fǎ)一般隻用于大(da)容量場合。另外(wai)，該方法不僅可(kě)以減✏️少交流輸(shū)入電流的諧波(bō)，同時🎯也可以減(jiǎn)少直流輸出電(diàn)壓中的諧波幅(fu)值，并提🔆高紋波(bō)頻率🤩。如果把上(shàng)述方法與PWM技術(shù)配合使用，則會(huì)産生很好的諧(xie)波抑制效果。該(gai)方法用于橋式(shi)🐇整流電路中，以(yǐ)❗減少輸入電流(liu)的諧⭕波。
當然，除(chú)了基于改造諧(xié)波源本身的諧(xie)波抑制方法，還(hái)有⁉️基于諧波補(bǔ)償裝置功能的(de)諧波抑制方法(fǎ)，它包括加裝無(wu)源濾波🚶器、加裝(zhuang)有源濾波器、裝(zhuāng)設靜止👨❤️👨無功補(bu)償裝置(SVC)等等，在(zài)此就不再詳細(xi)論述。
随着現代(dài)信息技術，計算(suàn)機技術和電子(zi)技術的發展，電(diàn)能質量問題已(yi)越來越引起用(yòng)戶和供電部門(mén)🙇♀️的重🤞視。應用先(xiān)進的電能🍓質量(liàng)測試儀器不僅(jin)能大大提高電(dian)能質量的監測(ce)與治理水平，同(tóng)時還可建立先(xian)進可靠的電能(néng)質量監測㊙️網絡(luo)，及時分析和反(fǎn)映電網的電能(néng)質量水平，找出(chu)電網中👈造成電(diàn)能質量諧波及(jí)故障的原因，采(cǎi)取相應的措施(shī)，爲保👣證電網的(de)安全、穩定、經🚩濟(jì)運行提供重要(yao)的保障。