電網諧波危害抑制技術論文
電網諧波危害抑制技術

摘要:電網中諧波問題日益嚴重,文章對此綜述了諧波危害及抑制諧波的方法。
關鍵詞:電網諧波危害抑制技術
隨著電網容量迅速增長,電網運行電壓也不斷提高,國外輸電設備電壓已達1000kV我國從20世紀80年代開始進入大電網時期,輸變設備電壓已達500kV。最近開始西北地區黃河上游水電深度開發,國家電力公司已批準建設第一條750kV輸電線路。
隨著工業、農業和人民生活水平的不斷提高,除了需要電能成倍增長,對供電質量及供電可靠性的要求也越來越多,電力質量(PowerQuality)受到人們的日益重視。例如,工業生產中的大型生產線、飛機場、大型金融商廈、大型醫院等重要場合的計算機系統一旦失電,或因受電力網上瞬態電磁干擾影響,致使計算機系統無法正常運行,將會帶來巨大的
經濟損失。電梯、空調等變頻設備、電視機、計算機、復印機、電子式鎮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行,必定擾亂人們的正常生活。但是,電視機、計算機、復印機、電子式照明設備、變頻調速裝置、開關電源、電弧爐等用電負載大都是非線性負載,都是諧波源,如將這些諧波電流注入公用電網,必然污染公用電網,使公用電網電源的波形畸變,增加諧波成份。
近幾年,傳感技術、光纖、微電子技術、計算機技術及信息技術日臻成熟。集成度愈來愈高的微電子技術使計算器的功能更加完美,體積愈來愈小,從而促使各種電器設備的控制向智能型控制器方向發展。隨著微電子技術集成度的提高,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致控制單元損壞或失靈。例如,20世紀70年代計算機迅速普遍推廣,電磁干擾及抑制問題更是十分突出,一些功能正常的計算機常出現誤動作,而無法找出原因。1966年日本三基電子工業公司率先開發了“模擬脈沖的高頻噪音模擬器”,將它產生的脈沖注入被試計算機的電源部分,結果發現計算機在注入100~200V脈沖時就誤動作,難怪計算機在現場無法正常工作,其原因之一是計算機的電源受到了污染。因此,受諧波電流污染的公用電源,輕者干擾設備正常運行,影響人們的正常生活,重者致使工業上的大型生產線、系統運行癱瘓,會造成嚴重經濟損失。

國際電工委員會(IEC)已于1988年開始對諧波限定提出了明確的要求。美國“IEEE電子電氣工程師協會”于1992年制定了諧波限定標準IEEE—1000。在IEEEstd.519—1992標準中明確規定了計算機或類似設備的諧波電壓畸變因數(THD)應在5%以下,而對于醫院、飛機場等關鍵場所則要求THD應低于3%。
1電網諧波的產生
1.1電源本身諧波
由于發電機制造工藝的問題,致使電樞表面的磁感應強度分布稍稍偏離正弦波,因此,產生的感應電動勢也會稍稍偏離正弦電動勢,即所產生的電流稍偏離正弦電流。當然,幾個這樣的電源并網時,總電源的電流也將偏離正弦波。
1.2由非線性負載所致
1.2.1非線性負載
諧波產生的另一個原因是由于非線性負載。當電流流經線性負載時,負載上電流與施加電壓呈線性關系;而電流流經非線性負載時,則負載上電流為非正弦電波,即產生了諧波。
1.2.2主要非線性負載裝置
(1)開關電源的.高次諧波,它由五部分組成:一次整流、開關振蕩回路、二次整流、負載和控制,這幾個部分產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中,造成公用電網的波形偏離50Hz;
②開關振蕩回路:開關三極管T1一般以20kHz以上頻率頻繁通斷,使電路產生高次諧波。其次L1、L2線圈間有漏感,在T1工作時也會形成噪聲;
③二次整流回路噪聲:首先,高次諧波流過L2-D5-L4-C2產生噪聲。電流突變過程中在L2、L4上的反電動勢也會形成噪聲;
④控制回路噪聲:在完成控制過程也會產生噪聲。
這幾種干擾可以通過電源線等產生輻射干擾,也可以通過電源產生傳導干擾。
(2)變壓器空載合閘涌流產生諧波
變壓器空載合閘時,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)——磁通的穩態分量;
Φmcosα——磁通的暫態分量。
如果合閘時,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,磁通達到最大值Φ1=Φ1max=2Φm。
鐵心中磁通波形對時間軸不對稱,考慮剩磁Φ0,則磁通波形再向上移Φ0,從而使對應磁化曲線工作點移向飽和區,因此在磁通變化時,會產生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過幾個周波即可達到穩定。所產生的勵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的瞬態過電壓干擾:如果t=0時,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。
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