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学习心得
在国际电工标准中定义,谐波为一周期量的正弦波分量,其频率为基波频率的整倍数.在用电设备与电力设备急剧增加的同时,也给电网注入了大量的谐波,造成了很多危害,必须引起我们的高度重视。谐波的产生
谐波的产生来自于3个方面： 发电源质量不高输，配电系统，用电设备。
1)相控晶闸管整流设备.当晶闸管整流装置采用移相控制时,从电网吸收的是缺角的正弦波,从而给电网留下的也是另一部份缺角的正弦波.经统计表明:由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%.2)变频装置.变频装置由于采用了相位控制,除含有整次谐波外,还含有分数次谐波.3)电弧炉.从电弧炉电流的表达式可看出,电弧炉是一个典型的谐波源.4)荧光灯等气体放电类光源及家用电器.它们均给电网带来奇次谐波电流.谐波的危害
对供配电线路的危害 2 对电力设备的危害
1)对变压器的危害.谐波使变压器的铜耗、铁耗及噪声增大.2)对电力电缆的危害.由于谐波次数高频率上升,再加之电缆导体截面积越大,集肤效应
越明显,从而导致导体的交流电阻增大,使得电缆的允许通过电流减小。
3)对电动机的危害.谐波使电动机的附加损耗增加,效率降低.4)对低压开关的危害.对配电用断路器而言,全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增大而发热;电子型的断路器,谐波也使额定电流降低.5)对弱电系统设备的干扰.对于计算机网络、通信、有线电视、报警与楼宇自动化等弱
电设备,谐波通过电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中,产生干扰。
公用电网中的谐波产生
电源本身以及输配电系统产生的谐波。
由于发电机三相绕组在制作上很难做到绝对对称,铁心也很 难做到绝对均匀一致等制造和结构上的原因,使得电源在发出基波电势的同时也会产生谐波电势,但由于其值很小,一般在分析电力系统谐波问题时可以忽略。在输181配电系统中则主要是变压器产生谐波,由于其铁芯饱和时,磁化曲线呈非线性,相当于非线性器件,饱和程度越深波形畸变也就越严重,再加上设计时出于经济性考虑,使磁性材料工作在磁化曲线的近饱和区段,从而产生谐波电流。电源和输配电系统虽然产生谐波,但这两方面产生的谐波所占的比例一般都很小。
电力系统负荷端大量的大功率换流设备和调压装置的广泛应用产生的谐波。
如荧光灯、电弧炉、变频设备、家用电器等。这些用电设备具有非线性特征,即使供给的是标准的正弦波电压,也会产生谐波电流注入系统,给电网造成大量的谐波,甚至会因为参数配置问题使得局部区域产生放大,由用电设备产生的谐波所占比例很大,是电网主要的谐波源。
谐波源的种类
带平波电抗器或直流电机负载的晶闸管相控整流装置是最早出现的电力电子型谐波源,这种谐波源一般被当作电流型谐波源,其滤波器设计可以采用无源支路和系统进行分流的方法来进行优化和计算。
随着电力电子技术的发展,出现了一类整流桥后面并联一个大的滤波电容的负载,这类负载在家用电器和变频器等领域得到了广泛的应用。虽然这种谐波源单个容量并不大,但是当大量使用时(如变频器群)也会产生很大的谐波干扰。这类非线性负载一般被当作电压型谐波源。
谐波的检测和分析方法
对电力系统谐波问题的研究涉及面很广,如谐波源分析、谐波检测、畸变波形分析、谐波抑制等,其中很重要的一个方面就是谐波的检测,它是解决其他谐波问题的基础。但由于电力系统的谐波受到随机性、非平稳性、分布性等多方面因素影响,要进行实时准确的检测并不容易,因此,随着交流电力系统的发展,也逐渐形成了多种谐波检测方法,如模拟滤波、基于傅氏变换的频域分析法、基于瞬时无功功率理论的检测方法、小波变换、神经网络等。
电网的无功补偿与谐波治理
由于大量非线性电力负荷的增加，给电网的正常运行带来了功率因数降低、电磁干扰和谐波污染的问题。功率因数过低，将会导致大量的电能浪费、设备利用率降低和电压偏差过大等；谐波电流的存在，则会引起波形畸变、电力设备基波负载容量下降和电力装置产生谐振等严重问题，有的电力系统甚至引起电力设备损坏事故。
近几年我国电力发展突飞猛进，电力系统的结构日益复 杂，大量的非线性电力负荷投入电力系统中，给电力系统的正常运行带来了一系列的问题，其中最为严重的就是功率因数降低、电磁干扰和谐波污染三大公害。
在并联装置中，除了超高压并联电抗器之外，主要用来对电网的容性或感性无功功率进行调节。就电力网而言，无功补偿既可以补高压侧，也可以补低压侧。对一般用户而言，在低压侧补偿将可以降低投资、减少能量损耗、有效提升负载端电压，所以电容器补偿装置通常安装在接近负载端，以提高无功补偿的经济效益。据统计，无功补偿在合理设计和安装后，可以使电网增容与其他补偿方法相比，低压并联电容器组的方式是一种投资少、见效快、收益高、切实可行、且能较大幅度降低线损和提高电能质量的有效途径。
从无功补偿的内容来看，又可分为两个大类，一类是依照负荷大小仅仅自动补偿无功分量；另一类则是除了补偿无功分量之外，还兼有谐波抑制或脱谐功能，这是因为无功补偿与谐波干扰通常是同 时出现的。高频负荷和非线性负载会使电网中的谐波含量剧增，装在电网低压侧的电力电容器极易因变压器感抗及剩余电网的电感发生谐振而产生很高的电流，造成供电回路过载、电容器烧毁和投切开 关损坏等事故。所以，在无功补偿的同时，必须考虑谐波治理的措施。
无功补偿与谐波治理是电力系统中广泛涉及的话题，无功不平衡与谐波危害的故障经常出现，合理选择电网的无功补偿与谐波治理方案，是当前电力系统中经常面对的问题。选择合理的补偿方案相 当重要，无功补偿与谐波治理必须同时进行、细致分析、综合考虑及因地制宜。如何提高供电质量以及电网运行的安全性和经济性，需要在理论与实际、技术与经济各方面不断探索。
谐波的抑制电源谐波的治理
随着电力污染问题日益严重,各国纷纷出台治理措施和相关标准,对产生电力污染的设备提出明确的限制.IEEE-519-1992就是应这样的需要而制定的.这个标准最初是由用户和供电部门联合发起制定的,旨在限制过电压和配电系统中的电流畸变.谐波畸变的测试点被称为耦合点或PCC,该点通常位于计量电表处.标准规定在耦合点处,单次谐波电压畸变率允许值为基波电压的3%.一方面这可以满足计量电表的精度,另一方面能保证用户系统中负载引起的谐波问题对公用供电系统的影响在可接受的范围.对于现有供电网络或待建电网中的电力污染情况,解决的方法有两个:一是局部重组电网结构,分离或隔离产生电力污染的设备;二是使用电源净化滤波设备进行治理,有效地抑制电流谐波就会使电 压畸变达到要求的范围.电源谐波的治理主要有以下手段.1)无源滤波.无源滤波装置是指由无源器件(电感、电容、电阻)构成的谐波治理和无功补偿装置它一般由若干个无源滤波器并联而成,每个滤波器在一个或两个谐波频率附近或者在某一个频带内呈现低阻抗,吸收相应的谐波电流,从而使电网中的谐波电流减少,达到抑制谐波的目的.2)串联电抗器.为避免电容因谐波电流造成本身的损坏与电网谐波扩大,常采用串联电抗器的方法来抑制谐波.串联电抗器是根据检测出的谐波情况恰当选择串联电抗器的百分电抗值(电抗器的感抗值XL与电容器的容抗值XC之比的百分数).3)有源滤波.有源滤波采用模拟和数字逻辑电路对有谐波的系统进行电流检测和电流注入.具体做法是将有源滤波器与一个含谐波的负荷并联连接,该有源滤波器产生的谐波电流与负荷产生的谐波电流大小相同相位相反,因此电源仅提供负荷基波电流。
4)增加整流设备的相数.5）其它措施
高次谐波对三相变压器的影响取决于变压器绕组的接线方式。对于星/星(Y,y)接线,相电流间的不平衡结果会使星形中性点位移,使相线对中性线的电压不相等,3N倍的谐波电流在原边及付边的相线对中性线的电压上均造成谐波电压并使中性点的电压脉动.在三角形/星形(D,y)变压器里,不平衡电流和3N谐波电流在原边绕组内循环流动而不会传到电源系统中去。
结束语
随着电力电子设备的广泛应用,电力系统中的谐波分量增大,谐波次数增多,给供配电线路、电力设备等带来危害.抑制谐波有多种办法,无源滤波及串联电抗器虽然滤波效果不很理想,但简单便宜,仍在应用;有源滤波提供一种最有效的从电网中清除谐波的方式,可滤去谐波的次数高达50次,但价格较贵.另外,将电力变压器的接线组别接成(D,yn11)以及增加整流设备的相数均能抑制谐波污染.随着经济的发展及高新技术产品对高质量电能的普遍要求,建设绿色电网将会提到更重要的日程,抑制谐波污染已成为人们的共同奋斗目标。
