電網(wǎng)諧波危害抑制技術(shù)論文

電網(wǎng)諧波危害抑制技術(shù)

　　摘要：電網(wǎng)中諧波問題日益嚴(yán)重，文章對此綜述了諧波危害及抑制諧波的方法。

　　關(guān)鍵詞：電網(wǎng)諧波危害抑制技術(shù)

　　隨著電網(wǎng)容量迅速增長，電網(wǎng)運(yùn)行電壓也不斷提高，國外輸電設(shè)備電壓已達(dá)１０００ｋＶ我國從２０世紀(jì)８０年代開始進(jìn)入大電網(wǎng)時(shí)期，輸變設(shè)備電壓已達(dá)５００ｋＶ。最近開始西北地區(qū)黃河上游水電深度開發(fā)，國家電力公司已批準(zhǔn)建設(shè)第一條７５０ｋＶ輸電線路。

　　隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)和人民生活水平的不斷提高，除了需要電能成倍增長，對供電質(zhì)量及供電可靠性的要求也越來越多，電力質(zhì)量（ＰｏｗｅｒＱｕａｌｉｔｙ）受到人們的日益重視。例如，工業(yè)生產(chǎn)中的大型生產(chǎn)線、飛機(jī)場、大型金融商廈、大型醫(yī)院等重要場合的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一旦失電，或因受電力網(wǎng)上瞬態(tài)電磁干擾影響，致使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，將會(huì)帶來巨大的

　　經(jīng)濟(jì)損失。電梯、空調(diào)等變頻設(shè)備、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、電子式鎮(zhèn)流器熒光燈等已成為人民日常生活的一部分，如果這些裝置不能正常運(yùn)行，必定擾亂人們的正常生活。但是，電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、電子式照明設(shè)備、變頻調(diào)速裝置、開關(guān)電源、電弧爐等用電負(fù)載大都是非線性負(fù)載，都是諧波源，如將這些諧波電流注入公用電網(wǎng)，必然污染公用電網(wǎng)，使公用電網(wǎng)電源的波形畸變，增加諧波成份。

　　近幾年，傳感技術(shù)、光纖、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息技術(shù)日臻成熟。集成度愈來愈高的微電子技術(shù)使計(jì)算器的功能更加完美，體積愈來愈小，從而促使各種電器設(shè)備的控制向智能型控制器方向發(fā)展。隨著微電子技術(shù)集成度的提高，微電子器件工作電壓變得更低，耐壓水平也相對更低，更易受外界電磁場干擾而導(dǎo)致控制單元損壞或失靈。例如，２０世紀(jì)７０年代計(jì)算機(jī)迅速普遍推廣，電磁干擾及抑制問題更是十分突出，一些功能正常的計(jì)算機(jī)常出現(xiàn)誤動(dòng)作，而無法找出原因。１９６６年日本三基電子工業(yè)公司率先開發(fā)了“模擬脈沖的高頻噪音模擬器”，將它產(chǎn)生的脈沖注入被試計(jì)算機(jī)的電源部分，結(jié)果發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)在注入１００～２００Ｖ脈沖時(shí)就誤動(dòng)作，難怪計(jì)算機(jī)在現(xiàn)場無法正常工作，其原因之一是計(jì)算機(jī)的電源受到了污染。因此，受諧波電流污染的公用電源，輕者干擾設(shè)備正常運(yùn)行，影響人們的正常生活，重者致使工業(yè)上的大型生產(chǎn)線、系統(tǒng)運(yùn)行癱瘓，會(huì)造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。

　　國際電工委員會(huì)（ＩＥＣ）已于１９８８年開始對諧波限定提出了明確的要求。美國“ＩＥＥＥ電子電氣工程師協(xié)會(huì)”于１９９２年制定了諧波限定標(biāo)準(zhǔn)ＩＥＥＥ—１０００。在ＩＥＥＥｓｔｄ．５１９—１９９２標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了計(jì)算機(jī)或類似設(shè)備的諧波電壓畸變因數(shù)（ＴＨＤ）應(yīng)在５％以下，而對于醫(yī)院、飛機(jī)場等關(guān)鍵場所則要求ＴＨＤ應(yīng)低于３％。

　　１電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生

　　１．１電源本身諧波

　　由于發(fā)電機(jī)制造工藝的問題，致使電樞表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布稍稍偏離正弦波，因此，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢也會(huì)稍稍偏離正弦電動(dòng)勢，即所產(chǎn)生的電流稍偏離正弦電流。當(dāng)然，幾個(gè)這樣的電源并網(wǎng)時(shí)，總電源的電流也將偏離正弦波。

　　１．２由非線性負(fù)載所致

　　1.2.1非線性負(fù)載

　　諧波產(chǎn)生的另一個(gè)原因是由于非線性負(fù)載。當(dāng)電流流經(jīng)線性負(fù)載時(shí)，負(fù)載上電流與施加電壓呈線性關(guān)系；而電流流經(jīng)非線性負(fù)載時(shí)，則負(fù)載上電流為非正弦電波，即產(chǎn)生了諧波。

　　1.2.2主要非線性負(fù)載裝置

　　（１）開關(guān)電源的.高次諧波，它由五部分組成：一次整流、開關(guān)振蕩回路、二次整流、負(fù)載和控制，這幾個(gè)部分產(chǎn)生的噪聲不完全一樣；

　　①一次整流回路噪聲：這是電容輸入型線路，整流脈動(dòng)電壓要超過Ｃ１上的充電電壓，電流才從電源輸入，電流波形呈脈沖形，對這種脈沖狀電流波進(jìn)行“傅立葉展開”后，可以看到：除了５０Ｈｚ基波分量外，還有１００Ｈｚ、１５０Ｈｚ、２００Ｈｚ、２５０Ｈｚ、３００Ｈｚ等高次諧波，這些高次諧波電流全部返回到公用電網(wǎng)中，造成公用電網(wǎng)的波形偏離５０Ｈｚ；

　　②開關(guān)振蕩回路：開關(guān)三極管Ｔ１一般以２０ｋＨｚ以上頻率頻繁通斷，使電路產(chǎn)生高次諧波。其次Ｌ１、Ｌ２線圈間有漏感，在Ｔ１工作時(shí)也會(huì)形成噪聲；

　　③二次整流回路噪聲：首先，高次諧波流過Ｌ２－Ｄ５－Ｌ４－Ｃ２產(chǎn)生噪聲。電流突變過程中在Ｌ２、Ｌ４上的反電動(dòng)勢也會(huì)形成噪聲；

　　④控制回路噪聲：在完成控制過程也會(huì)產(chǎn)生噪聲。

　　這幾種干擾可以通過電源線等產(chǎn)生輻射干擾，也可以通過電源產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾。

　　（２）變壓器空載合閘涌流產(chǎn)生諧波

　　變壓器空載合閘時(shí)，可以列出下列方程：

　　ｉ０Ｒ１＋Ｎ１＝Ｕ１ｓｉｎ（ωｔ＋α）

　　求解后得到：

　　Φ１＝－Φｍｃｏｓ（ωｔ＋α）＋Φｍｃｏｓα（１）

　　Φｍｃｏｓ（ωｔ＋α）——磁通的穩(wěn)態(tài)分量；

　　Φｍｃｏｓα——磁通的暫態(tài)分量。

　　如果合閘時(shí)，α＝０（既在μ１＝０的瞬間合閘）得到：

　　Φ１＝Φｍ－Φｍｃｏｓωｔ（２）

　　在合閘后半周期（ｔ＝）時(shí)，磁通達(dá)到最大值Φ１＝Φ１ｍａｘ＝２Φｍ。

　　鐵心中磁通波形對時(shí)間軸不對稱，考慮剩磁Φ０，則磁通波形再向上移Φ０，從而使對應(yīng)磁化曲線工作點(diǎn)移向飽和區(qū)，因此在磁通變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生８～１５倍額定電流的涌流，由于線圈電阻Ｒ１的存在，變壓器空載合閘涌流一般經(jīng)過幾個(gè)周波即可達(dá)到穩(wěn)定。所產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流所含的諧波成份以３次諧波為主。

　　（３）單相電容器組開斷時(shí)的瞬態(tài)過電壓干擾：如果ｔ＝０時(shí)，ＣＢ觸頭剛分開，弧電壓很低略去，因此電源電壓ｕ與電容電壓相等，即ｕ＝ｕｃ。