浅谈电能质量与谐波.doc

浅谈电能质量与谐波现代电力系统中，电力电子设备的应用越来越广泛，各种非线性、冲击性、波动性和不对称负载大量增加，造成诸如电压波动、电压跌落、谐波等电能质量污染日趋严重。电能质量的下降造成了巨大的经济损失，也使得用户侧的敏感性用电设备不能正常工作。现今，用户对供电可靠性提出更高的要求，对供电质量的敏感程度越来越高。目前，改善、控制电能质量主要从无功补偿和电能谐波改善两个方面考虑，下面我将结合自己所学与所查阅的资料主要对抑制谐波改善电能质量进行阐述。供电系统谐波的定义是对周期性肥正弦电量进行行里叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量成为谐波。谐波频率与基波频率的比值称为谐波次数。电网中也存在非整数倍谐波，称为非谐波或分数谐波。谐波实际上是一种干扰量，使电网受到“污染”。谐波通常是由非线性供电、用电设备所产生的，电力系统本身包含的非线性元件主要是变压器、换流站可控硅元件、电容器、电抗器等；但主要来源是各种非线性负荷用户，如各种整流设备、调节设备、电弧炉、轧钢机以及电气拖动设备。最常见的谐波源有以下几种：1、变压器产生谐波：变压器的非线性是因为铁芯材料具有非线性磁化曲线引起的。变压器的铁芯磁化曲线除了一般线性区以外，还有饱和区、死区和滞后区三类典型的非线性区，它以原点对称，在正弦波的作用下，励磁电流为对称奇函数。对三相对称的变压器，其3次的奇数倍谐波均为零序，会受到变压器接线方式的影响，故可以认为变压器是一种只产生奇次谐波的电流源型的谐波源。变压器的谐波次数还受其一、二次侧接线方式(或Y)的影响，大小则与磁路的结构形式、铁芯的饱和程度有关。铁芯的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性工作区越远，产生的谐波电流就越大。2、变流器设备产生谐波：由于生产与科技的发展，企业经常大量使用整流和变频等交流设备，目前的电气设备都采用开关型电源，其电源侧是大功率整流电路，输出侧为了使负载得到更好的控制与运行特性，则使用了变压与变频电路。有资料显示，此类设备产生的谐波分量有时可高达基波分量的30%。由于变流设备功率大、数量多，因此其对企业供配电系统的影响也就极大。3、计算机及其他办公设备产生的谐波：随着社会的发展、科技的进步，工厂自动化程度越来越高吗，计算机及其他现代化办公设备得以广泛应用，而这些设备的电源基本上都是开关电源，因此都会产生谐波并且对电网的谐波干扰十分严重。目前，产生谐波装置量大面广，谐波使许多企业的生产面临严重的干扰与破坏，谐波对企业供配电危害也巨大，主要表现在：谐波使变压器温度上升，绝缘能力受到影响并造成容量欲度减少，谐波还可能引起变压器绕组及线间电容之间共振；谐波引起电动机附加发热，由于输出波形失真，增加电动机的重复峰值电压，影响绝缘，谐波还会引起电动机转矩脉动及噪声增加；谐波电流使开关设备在启动瞬间产生很高的电流变化率，增加暂态恢复电压峰值，破坏绝缘；谐波会造成感应转盘产生额外的电磁转矩，引起测量误差，使测量仪表的精确度降低；在很多场合，电力电子设备会很容易感受谐波失真而误动。由于谐波对电网中几乎所有设备都会带来不良影响，因此，消除谐波使目前急需解决的问题。消除电网中的谐波，对延长电力设备得使用寿命和保证负载的安全经济运行，有着非常重要的意义，目前基本思路主要有以下两种：一、对电力电子装置本身进行改造首先增加变流装置一个周期的脉动数, 可以有效地消除幅值很大的低次特征谐波。理想悄况下, 对于P个脉冲的变流器, 它产生的特征次谐波为H=KP+1(K为正整数),H 次谐波电流与基波电流之比为1/H,所以增加装置的脉动数可以使最低次谐波次数升高, 幅值减小。例如对于6脉动变流装置, 最低次特征谐波为5次, 5次谐波电流与基波电流之比为1/5;当脉动数为12时, 最低次特征谐波为11次, 与基波电流之比为1/11。在有些情况下,只需要通过改变变压器的连接方式,就可以增加装置的脉波数,因而比较方便和经济.二、装设补偿装置主要有以下三种方法: (1) 在并联电容器组中串联电抗器。这样做能够进免在某个特征频率上与感性系统发生并联谐振, 不仅能在基波时抽出部分无功还能限制合闸冲击电流和抑制电容器对外部短路的放电电流。这种方法的不足之处是仍有可能在低次谐波上发生并联谐振, 对于并不完全呈感性的系统, 在其他次谐波上也有可能发生并联谐振,对于高次谐波,由于电容一电抗器回路谐波阻抗很大, 大部分电流都会流人系统中因而不能消除高次谐波影响.另外, 由于电抗器的串人, 使电容器组两端的基波电压升高, 需选用耐压更高的电容器.(2) 正确选择接人点位置。大功率整流负载接人电网时,如果接人点短路容量大, 其等值阻抗就小, 谐波电流在公共连接点引起的谐波电压就小, 可采用增大供电变压器容量 ,接人更高电压等级电网和由短路容量较大的专用线路供电等措施。将谐波负载和一般负荷分别接在不同的变压器或母线上也是实际中常用的方法。在对谐波源采取有效的谐波抑制措施之前, 谐波源负荷必须工作, 这时只能想办法尽量减小谐波对其他负荷的影响, 可将谐波负荷和一般负荷分别接在不同的变压器或母