技(ji)術交流
電(diàn)力系統諧(xie)波危害的(de)檢測和治(zhi)理
來源: 發(fā)布時間:2025-12-18 浏(liu)覽量:44
一、電力系(xi)統諧波危(wei)害
①諧波會(huì)使公用電(diàn)網中的電(dian)力設備産(chǎn)生附加的(de)損耗，降低(dī)了發電、輸(shu)電及用電(dian)設備的效(xiào)率。大量三(sān)次諧波流(liu)過中線♉會(huì)使線路過(guò)熱，嚴重的(de)甚至可能(neng)引❤️發火災(zāi)。②諧波會影(yǐng)響電氣設(shè)備的正常(chang)工作，使儀(yi)器電機産(chǎn)生機械振(zhèn)動和噪聲(sheng)等故障，變(biàn)壓器局部(bù)嚴重過熱(rè)，電容器、電(diàn)纜等設備(bei)過熱，絕緣(yuan)部分老化(hua)、變質，設備(bei)壽命縮減(jiǎn)，直至最終(zhōng)損壞。
④諧(xié)波會導緻(zhì)繼電保護(hu)和自動裝(zhuāng)置誤動作(zuò)，造成不必(bi)要的供❌電(dian)中斷和損(sǔn)失。
⑤諧波會(hui)使電氣測(cè)量儀表計(ji)量不準确(que)，産生計量(liàng)誤差，給供(gong)電部門或(huò)電力用戶(hu)帶來直接(jiē)的經濟損(sǔn)失。
⑦諧波會(hui)幹擾計算(suan)機系統等(děng)電子設備(bei)的正常工(gōng)作，造成數(shu)據丢失或(huò)死機。
⑧諧波(bō)會影響無(wú)線電發射(shè)系統、雷達(dá)系統、核磁(cí)共振等設(shè)備的工作(zuo)性能，造成(cheng)噪聲幹擾(rǎo)和圖像紊(wen)亂。
二、諧波(bō)檢測方法(fǎ)
1.模拟電路(lù)消除諧波(bō)的方法很(hěn)多，即有主(zhu)動型，又有(yǒu)被動型；既(ji)☎️有無源的(de)，也有有源(yuán)的，還有混(hùn)合型的，目(mù)前較爲先(xiān)進的是采(cai)用有源電(dian)力濾波器(qì)。但由于其(qí)檢測環節(jiē)多采用模(mo)拟電♍路，因(yin)而造價較(jiào)高，且由于(yu)模拟帶通(tōng)濾波器對(dui)頻率和溫(wen)度的變化(huà)非常敏感(gǎn)，故使其基(ji)波幅值誤(wu)差很難控(kong)制在10%以内(nèi)，嚴重影響(xiǎng)了有源濾(lü)波器的控(kong)制性能。近(jin)年來，人工(gōng)神經網絡(luo)的研究取(qǔ)得了較大(da)進展，由于(yu)神經元有(you)自适應和(he)自學習能(néng)力，且結構(gòu)簡單，輸入(ru)輸出關系(xì)明了，因此(ci)🌈可用神經(jing)元替代自(zi)适應濾波(bō)器，再用一(yi)對與基波(bo)頻率相同(tong)，相位相差(chà)90度的正弦(xián)向量作爲(wèi)神經元的(de)輸入。由神(shen)經元先得(dé)到基波電(diàn)流，然後檢(jiǎn)測出應補(bu)償的電流(liú)💃，從而完成(cheng)諧波電流(liú)的檢測。但(dan)人工神經(jing)網絡的硬(yìng)件目前還(hái)是一個比(bi)較薄弱的(de)環節，限制(zhi)了其應用(yòng)範圍。
2.傅立(li)葉變換
利(lì)用傅立葉(yè)變換可在(zài)數字域進(jin)行諧波檢(jian)測，電力系(xì)統的🌂諧波(bō)分析，目前(qian)大都是通(tong)過該方法(fa)實現的，離(lí)散傅通測(cè)儀器立葉(ye)變換所需(xu)要處理的(de)是經過采(cai)樣和A/D轉換(huàn)得🈲到的數(shu)字信号，設(shè)待測信号(hao)爲x(t)，采樣間(jiān)隔爲 t秒🔱，采(cǎi)樣頻率 =1/ t滿(man)足采樣定(ding)理，即 大于(yú)信号最高(gao)頻率分量(liang)的2倍，則采(cǎi)樣信号爲(wei)x(n t)，并且采樣(yàng)信号總是(shì)有限長度(du)的，即n=0，1……N-1。這相(xiàng)當于對無(wu)限長的信(xin)号做了截(jie)斷，因而造(zao)成了傅立(li)葉變換的(de)洩露現象(xiang)，産生誤🌏差(cha)。此外，對于(yu)離散傅立(li)葉變換來(lai)說，如果㊙️不(bu)是整數👄周(zhou)期采樣，那(na)麽即使信(xin)号隻含有(you)單一頻率(lü)，通測儀器(qì)離散傅立(li)葉變🔱換也(yě)不可能求(qiú)出信号☁️的(de)準确參數(shu)，因而出現(xian)栅欄效應(yīng)。通過⁉️加窗(chuang)可以減小(xiao)洩露現象(xiàng)的影響。
3.小(xiǎo)波變換
小(xiao)波變換已(yǐ)廣泛應用(yòng)于信号分(fen)析、語音識(shi)别與合成(chéng)、自動控制(zhì)、圖象處理(li)與分析等(děng)領域。電力(lì)諧波是由(yóu)各⛹🏻♀️種頻🚶♀️率(lü)成⭕分合成(chéng)的、随機的(de)、出現和消(xiao)通測儀器(qi)失都非常(cháng)突然的信(xìn)号，在應用(yong)離散傅立(lì)葉變換進(jin)行處理受(shòu)到局限的(de)情況下，可(kě)充分發揮(hui)小波變換(huàn)的優勢。即(ji)對諧波采(cǎi)樣離散後(hòu)，利用小波(bō)變換對數(shu)字信号進(jìn)🍓行處理，從(cóng)而實現對(duì)諧波的精(jīng)确測定。小(xiǎo)波可以看(kàn)作是一個(ge)雙🚶窗函數(shu)，對一信号(hao)進行小波(bō)變換相當(dang)于從這🐪一(yi)時頻窗内(nèi)的信息♌提(ti)取信号。對(duì)于檢測㊙️高(gāo)頻信息，時(shí)窗變窄，可(kě)對信号的(de)高📱頻分💃量(liang)做細緻的(de)觀測；對于(yu)分析低頻(pín)信息，這時(shí)時窗自動(dong)變寬，可對(dui)信号的低(di)頻分量做(zuò)概貌分析(xi)。所以小🌈波(bo)變換具有(yǒu)自動“調焦(jiao)”性。其次，小(xiao)波變換是(shi)按頻帶而(ér)不是按✊頻(pin)點的方式(shi)處理頻域(yu)信息，因此(ci)信号頻😘率(lü)的微小波(bo)動不會✌️對(duì)處理産生(shēng)很大的影(ying)響，并不💋要(yào)求對信号(hao)進行整周(zhou)期采樣。另(ling)外，由小波(bo)變換的時(shi)間局部可(kě)知，在信号(hào)的🏒局部發(fa)生波動👨❤️👨時(shi)，不會象傅(fu)立葉變換(huan)那樣把影(ying)響擴散到(dào)整個頻譜(pǔ)🔞，而隻改❓變(bian)當時一小(xiao)段時間的(de)頻譜分布(bù)，因此💰，采用(yòng)小波變換(huàn)可以跟蹤(zōng)時變和暫(zan)态信号。
三(san)、電力系統(tong)諧波治理(lǐ)
限于篇幅(fu)問題，本文(wen)在此隻介(jie)紹基于改(gai)造諧波源(yuán)本身的諧(xie)波抑制方(fāng)法，基于改(gǎi)造諧波源(yuan)本身的諧(xie)波抑制方(fāng)法一🌈般有(you)以下幾種(zhong)。(1)增加整流(liu)變壓器二(er)次側整流(liu)的相數
對(dui)于帶有整(zhěng)流元件的(de)設備，盡量(liàng)增加整流(liú)的相數或(huò)脈動數，可(ke)以較好地(di)消除低次(ci)特征諧波(bo)，該措施可(kě)減😘少諧波(bo)源産生的(de)諧波含量(liang)，一般在工(gōng)程設計中(zhōng)予以考慮(lü)。因爲整流(liu)器是供🙇🏻電(dian)系統中的(de)主要諧波(bō)源之一，其(qi)在交流側(cè)所産生的(de)高次諧波(bo)爲tK 1次諧波(bo)，即整流裝(zhuāng)置從6脈動(dòng)諧波次數(shu)爲n=6K 1，如果增(zēng)加到12脈動(dong)時，其諧波(bō)次🍓數爲n=12K 1(其(qi)中K爲正整(zhěng)數)，這樣就(jiù)可以消除(chú)5、7等次諧波(bō)，因此增加(jiā)整✨流的相(xiang)數或脈動(dong)數，可有✂️效(xiao)地抑制低(dī)次諧波。不(bu)過，這種方(fāng)法雖😍然在(zài)理論上可(ke)以實現，但(dan)是在實際(ji)應用中的(de)投資過大(da)，在技術上(shàng)對消除諧(xié)波并不十(shí)分有效，該(gai)方法多用(yòng)于大容👉量(liang)的整流裝(zhuang)置負載。
(2)整(zhěng)流變壓器(qi)采用Y/或/Y接(jiē)線
該方法(fǎ)可抑制3的(de)倍數次的(de)高次諧波(bō)，以整流變(bian)壓器采用(yòng)/Y接線形式(shi)爲例說明(ming)其原理，當(dāng)高次諧波(bō)電流從晶(jing)閘管反串(chuan)到變壓器(qi)副邊繞組(zǔ)内時，其中(zhong)3的倍數次(cì)高次諧㊙️波(bō)電流無路(lu)可通，所以(yǐ)自然就被(bei)抑制而不(bu)存在。但将(jiang)導緻鐵心(xīn)内出現3的(de)倍數次高(gāo)次諧波磁(ci)通(三相相(xiàng)位一緻☔)，而(er)該磁通将(jiāng)在變壓器(qi)原邊繞組(zu)内産生3的(de)倍數次高(gao)次諧波電(dian)動勢，從而(ér)産生3的倍(bèi)數☀️次的高(gāo)次諧波電(dian)流。因爲它(tā)們相位一(yī)緻，隻能在(zai) 形繞組内(nei)産🈲生環流(liu)，将能量消(xiao)👄耗在繞組(zu)的電阻中(zhong)，故原邊繞(rao)組端子上(shang)不會出現(xian)3的倍數次(cì)的高次諧(xie)波電動勢(shì)。從以上分(fèn)析可以看(kàn)出，三相晶(jing)閘管整流(liú)裝置💰的整(zheng)流變壓器(qì)采用這種(zhǒng)接線形式(shi)時🧡，諧波源(yuan)産生的3n(n是(shì)正整數)次(cì)諧波激磁(cí)電流在接(jiē)線繞組内(nèi)形成環流(liu)，不緻使諧(xie)波注入公(gōng)共⚽電網。這(zhe)種接線形(xing)式的優點(dian)是可以自(zi)然消除3的(de)整數倍次(ci)的諧波，是(shi)抑制高次(cì)諧波的最(zuì)基本方法(fa)❓，該方法也(ye)多🌈用于大(dà)容量的整(zhěng)流裝置負(fù)載。
(3)盡量選(xuǎn)用高功率(lü)因數的整(zhěng)流器
采用(yong)整流器的(de)多重化來(lái)減少諧波(bō)是一種傳(chuan)統方🈲法，用(yòng)該方💁法構(gòu)成的整流(liú)器還不足(zú)以稱之爲(wei)高功率因(yīn)數整流器(qi)。高功率因(yīn)☎️數整流器(qi)是一種通(tōng)過對整流(liu)器本身進(jin)行改造，使(shǐ)其盡量不(bú)産生諧波(bō)，其電流和(he)電壓同相(xiang)位的組合(he)裝置㊙️，這種(zhong)整流器可(ke)以被稱爲(wèi)單位功率(lǜ)因數變流(liú)😘器(UPFC)。該方法(fǎ)隻能在設(she)備設♋計過(guò)程中加以(yi)📱注意，從而(er)得到實踐(jiàn)中的諧波(bō)抑制效果(guǒ)。
整流電路(lu)的多重化(huà)，即将多個(gè)方波疊加(jiā)，以消除次(ci)數較💋低的(de)諧波，從而(ér)得到接近(jìn)正弦波的(de)階梯波。重(zhong)數越多，波(bō)形越接近(jin)正弦波，但(dàn)其電路也(yě)越複雜，因(yīn)此該方法(fǎ)一般🔞隻用(yong)于大容量(liang)場合。另外(wài)，該方法不(bú)僅可以減(jiǎn)少交流輸(shū)入電流的(de)諧波，同時(shi)也可以減(jian)🔴少直流輸(shū)出♉電壓中(zhong)的諧波幅(fu)值，并提高(gāo)紋波頻率(lǜ)。如果把上(shàng)述方法與(yu)PWM技術配合(he)使用，則會(huì)産生很好(hao)的諧波抑(yì)🚶制效果。該(gāi)方法用于(yu)橋式整流(liu)電路中，以(yi)減少輸入(rù)電流的諧(xié)波。
當然，除(chu)了基于改(gǎi)造諧波源(yuan)本身的諧(xie)波抑制方(fāng)法，還有🛀🏻基(jī)于諧波補(bǔ)償裝置功(gōng)能的諧波(bō)抑制方法(fa)，它包括💯加(jiā)裝無源濾(lü)波器、加裝(zhuang)有源濾波(bo)器、裝設靜(jìng)止無功補(bǔ)償裝置(SVC)等(deng)等，在🐇此就(jiù)不再詳細(xì)論述。
随着(zhe)現代信息(xī)技術，計算(suan)機技術和(hé)電子技術(shu)的發展✂️，電(dian)♻️能質🚶量問(wèn)題已越來(lai)越引起用(yòng)戶和供電(diàn)部門的重(zhòng)視。應用先(xian)📱進的電能(neng)質量測試(shì)儀器不僅(jǐn)能大大提(tí)高電能質(zhi)量的監測(ce)與治❄️理水(shuǐ)平，同時還(hai)可建⭕立先(xiān)進可靠的(de)電能質量(liàng)監測網絡(luò)，及時分析(xi)和反映電(diàn)網的電能(neng)質量水平(ping)，找出電網(wǎng)中造成電(dian)能質量諧(xié)波及故障(zhàng)的原因，采(cǎi)取相✏️應的(de)措施，爲保(bao)證電網的(de)安全、穩定(dìng)、經濟運行(háng)㊙️提供重要(yao)的保障。