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摘要:随着经济发展和人民生活水平的不断提高,对电力需求越来越大,与此同时对供电质量和可靠性要求也越来越高。谐波的危害性引起了人们的注意,它们在电力系统中导致了严重的电能质量恶化。本中综述了电源中的谐波问题,分析了谐波的存在和危害性,且较全面地分析了谐波的来源以及现有的改善手段。
关键词:电力系统谐波污染谐波抑制
电气节能设计已成为电气设计的重中之重，在设计中精心考虑，进行方案比较，应用先进的设计技术,消除设计中存在的一些问题。为人类提供健康、舒适、安全的居住、工作和生活空间是每一个设计人员都必须认真对待的问题。电网谐波是影响电能质量的重要因素,它不仅导致现代建筑中各种电力电子设备性能降低,也对智能建筑的功能和效益产生了严重的影响。本文试从电源谐波的来源入手,分析了谐波存在的危害性,在此基础上,提出了建筑电气设计中谐波抑制的方法。
变压器的谐波主要是磁路非线性引起的。变压器的励磁回路具有非线性电感,因此励磁电流是非正弦波形。无论尖顶波还是平顶波,它们中都含有全部的奇次谐波,其中以次谐波含量最大。变压器的谐波含量与工作状态有关系。正常工作时原边加额定电压,铁心工作的磁化曲线的线性段,谐波含量不大。在额定负载下,励磁电流只占总电流的左右,电流波形接近正弦波,波形畸变可以忽略。而在空载或轻载时,铁心工作进入饱和区,非正弦的励磁电流在变压器原边绕组的漏感上产生压降,使变压器感应电动势上包含谐波分量。在严重的情况下,涌流波形强烈畸变,不但幅值可高达数十倍的额定空载电流,而且正负半周的波形极不对称。
电力电子变流装置的谐波是当谐波电流注入电力系统后,在系统内阻上造成的谐波压降,使电力系统中各点电压产生畸变。电容较大而所带电机负载的电感量相对较少时,流入变频器的电流是断续的电流尖峰,这尖峰中低次谐波的含量更高,因此变频器也是电网中的重要谐波污染源。
交流调压电路的控制器件一般为晶闸管,按控制方式来划分有移相控制调压称交流调压器和通断控制调压称交流调功器。移相控制调压是通过控制晶闸管的导通角来达到调压目的的,但也正是由于这一点使调压器输入电流出现了谐波。通断控制的调压器是将晶闸管作为开关,其触发脉冲始终位于电源电压零点处,将负载与电源间接通几个周波再断开几个周波,如此重复。这种独特控制方式使电路输入电流出现了分数次特征谐波,虽然高次谐波很少,但在电源频率附近集中了很多含量很高的分数次谐波。
周波变流电流的谐波电子装置广泛用于低速大容量交流调速场合。电路一般采用晶闸管构成三相桥或12相桥电路。周波变流电路输入电流的波形主要取决于晶闸管触发角, 但往往又受输出波形的调制,故输入电流的谐波成份非常复杂。其谐波频率不仅与输入电源频率及变流器结构有关,而且与输出频率有关,谐波频率往往不是输入频率的整数倍。这种装置容量一般很大,其产生的谐波对电网的影响不能忽视。
第二，采用组成的有源电力滤波器有源电力滤波器是一种动态抑制谐波和补偿无功的新型电力电子装置,它能对频率和大小都变化的谐波和无功进行补偿,可以弥补无源滤波器的不足,获得比无源滤波器更好的补偿特性,是一种理想的补偿谐波装置。与无源滤波器相比,有源滤波器有以下优点:为高次谐波电流源,不受系统阻抗的影响；没有共振现象,系统结构的变化不会影响补偿效果；原理上比滤波器更为优越,用一台装置就能完成各次谐波的补偿；即使高次谐波的频率发生变化,也能完全补偿；由于装置本身能完成输出限制,因此即使高次谐波量增大也不会过载。有源电力滤波器中最基本的是并联型,并联型有源电力滤波器与谐波源负载所接的交流电压相同,因此装置的容量主要由补偿电流决定,而补偿电流的大小和装置的补偿目的有关。有源电力滤波器本身除能补偿谐波外,通过在控制电路上加以改造还可以补偿基波无功、电压闪变以及电压的不平衡等功能。同时也有可单独使用的串联型有源电力滤波器。单独使用的串联型有源电力滤波器可看作一个串入电网的电阻,该电阻对基波呈低阻态,对谐波呈现高阻,使谐波电流无法流入电网。它不易受电网阻抗的影响,当负载阻抗大,可视为电流源时,串联型滤波器补偿效果变差。单独使用的并联型有源电力滤波器可以视做一并联入电网的电阻,对基波呈现高阻状态,对谐波呈现低阻,将谐波电流旁路使电网谐波含量降低,当电网阻抗小或谐波源阻抗小呈现电压源特性时,滤波器的补偿效果受到不利影响。
第三，整流装置是电力系统的主要谐波源。对整流装置改进,使其尽量不产生谐波,并且电流电压同相位,称高功率因数整流器或高功率因数变流器。首先,采用整流电路的多重化。将几个桥式整流电路以串联方式多重联结可以减少输入电流谐波,用该方法构成的整流器对抑制谐波比较有效。其次,利用矩阵式变频电路。该电路的优点是输入电流可控制为正弦波且和电压同相,功率因数为1,也可控制为需要的功率因数其输出电压也为正弦波,输出频率受电网频率的限制。
谐波的综合治理工作势在必行。消除电力电子装置谐波污染的工作，可称之为电力电子技术应用的“绿色工程”。电力电子技术的发展必须和这个工程同步，这样才能为高效、低污染地利用电能开辟重要途径，促进我们国民经济的发展和用电设备的革新。同时,电力电子技术的推广和利用才能有更为广阔的发展前景。
参考文献
宋文南,刘宝仁.电力系统谐波分析[M].北京水利电力出版社,1995.
林海雪,公用电网谐波国标中的几个问题[J].电网技术,2003.
[3]姚玉钦.电力系统中的谐波和谐波抑制[J].电气时代,2000.
关键词:电力系统谐波污染谐波抑制
电气节能设计已成为电气设计的重中之重，在设计中精心考虑，进行方案比较，应用先进的设计技术,消除设计中存在的一些问题。为人类提供健康、舒适、安全的居住、工作和生活空间是每一个设计人员都必须认真对待的问题。电网谐波是影响电能质量的重要因素,它不仅导致现代建筑中各种电力电子设备性能降低,也对智能建筑的功能和效益产生了严重的影响。本文试从电源谐波的来源入手,分析了谐波存在的危害性,在此基础上,提出了建筑电气设计中谐波抑制的方法。
一、谐波源概况
电机的输出电压本身就含有一定的谐波,其谐波电压的幅值和频率取决于发电机本身结构和工作状态。根据的规定,发电机端电压的波形畸变率不得大于。因此通常可以认为发电机的电动势是正弦波形而忽略其谐波分量。变压器的谐波主要是磁路非线性引起的。变压器的励磁回路具有非线性电感,因此励磁电流是非正弦波形。无论尖顶波还是平顶波,它们中都含有全部的奇次谐波,其中以次谐波含量最大。变压器的谐波含量与工作状态有关系。正常工作时原边加额定电压,铁心工作的磁化曲线的线性段,谐波含量不大。在额定负载下,励磁电流只占总电流的左右,电流波形接近正弦波,波形畸变可以忽略。而在空载或轻载时,铁心工作进入饱和区,非正弦的励磁电流在变压器原边绕组的漏感上产生压降,使变压器感应电动势上包含谐波分量。在严重的情况下,涌流波形强烈畸变,不但幅值可高达数十倍的额定空载电流,而且正负半周的波形极不对称。
电力电子变流装置的谐波是当谐波电流注入电力系统后,在系统内阻上造成的谐波压降,使电力系统中各点电压产生畸变。电容较大而所带电机负载的电感量相对较少时,流入变频器的电流是断续的电流尖峰,这尖峰中低次谐波的含量更高,因此变频器也是电网中的重要谐波污染源。
交流调压电路的控制器件一般为晶闸管,按控制方式来划分有移相控制调压称交流调压器和通断控制调压称交流调功器。移相控制调压是通过控制晶闸管的导通角来达到调压目的的,但也正是由于这一点使调压器输入电流出现了谐波。通断控制的调压器是将晶闸管作为开关,其触发脉冲始终位于电源电压零点处,将负载与电源间接通几个周波再断开几个周波,如此重复。这种独特控制方式使电路输入电流出现了分数次特征谐波,虽然高次谐波很少,但在电源频率附近集中了很多含量很高的分数次谐波。
周波变流电流的谐波电子装置广泛用于低速大容量交流调速场合。电路一般采用晶闸管构成三相桥或12相桥电路。周波变流电路输入电流的波形主要取决于晶闸管触发角, 但往往又受输出波形的调制,故输入电流的谐波成份非常复杂。其谐波频率不仅与输入电源频率及变流器结构有关,而且与输出频率有关,谐波频率往往不是输入频率的整数倍。这种装置容量一般很大,其产生的谐波对电网的影响不能忽视。
二、谐波的危害性
现代日益增长的非线性负荷的应用引起的谐波电流将会给电缆、变压器及电动机带来麻烦,谐波对电力系统电磁环境的污染将危害系统本身及广大电力用户,危害面十分广泛,甚至会引起事故发生。如:谐波使设备产生附加谐波损耗、变压器温度升高、电动机过热和附加力矩、引起电容器过热、过压、损坏敏感电子设备、引起楼宇自动化、消防报警、办公自动化、安全防范等系统的电子装置误动作,甚至无法工作、引起系统各类继电保护和自动控制装盖误动和拒动等等。三、谐波抑制的方法
第一，采用组成的无源调谐滤波器。它利用电容、电感在谐波频率时发生谐振,提供谐波入地的低阻通路,使谐波导入大地脱离电网。它工作在基波时呈容性,能够同时补偿电网中感性无功功率,具有结构简单、源于：毕业论文致谢词www.udooo.com
技术成熟、前期投资少、功率容量大、运行可靠性高、运行费用低等优点,一直被广泛使用。第二，采用组成的有源电力滤波器有源电力滤波器是一种动态抑制谐波和补偿无功的新型电力电子装置,它能对频率和大小都变化的谐波和无功进行补偿,可以弥补无源滤波器的不足,获得比无源滤波器更好的补偿特性,是一种理想的补偿谐波装置。与无源滤波器相比,有源滤波器有以下优点:为高次谐波电流源,不受系统阻抗的影响；没有共振现象,系统结构的变化不会影响补偿效果；原理上比滤波器更为优越,用一台装置就能完成各次谐波的补偿；即使高次谐波的频率发生变化,也能完全补偿；由于装置本身能完成输出限制,因此即使高次谐波量增大也不会过载。有源电力滤波器中最基本的是并联型,并联型有源电力滤波器与谐波源负载所接的交流电压相同,因此装置的容量主要由补偿电流决定,而补偿电流的大小和装置的补偿目的有关。有源电力滤波器本身除能补偿谐波外,通过在控制电路上加以改造还可以补偿基波无功、电压闪变以及电压的不平衡等功能。同时也有可单独使用的串联型有源电力滤波器。单独使用的串联型有源电力滤波器可看作一个串入电网的电阻,该电阻对基波呈低阻态,对谐波呈现高阻,使谐波电流无法流入电网。它不易受电网阻抗的影响,当负载阻抗大,可视为电流源时,串联型滤波器补偿效果变差。单独使用的并联型有源电力滤波器可以视做一并联入电网的电阻,对基波呈现高阻状态,对谐波呈现低阻,将谐波电流旁路使电网谐波含量降低,当电网阻抗小或谐波源阻抗小呈现电压源特性时,滤波器的补偿效果受到不利影响。
第三，整流装置是电力系统的主要谐波源。对整流装置改进,使其尽量不产生谐波,并且电流电压同相位,称高功率因数整流器或高功率因数变流器。首先,采用整流电路的多重化。将几个桥式整流电路以串联方式多重联结可以减少输入电流谐波,用该方法构成的整流器对抑制谐波比较有效。其次,利用矩阵式变频电路。该电路的优点是输入电流可控制为正弦波且和电压同相,功率因数为1,也可控制为需要的功率因数其输出电压也为正弦波,输出频率受电网频率的限制。
谐波的综合治理工作势在必行。消除电力电子装置谐波污染的工作，可称之为电力电子技术应用的“绿色工程”。电力电子技术的发展必须和这个工程同步，这样才能为高效、低污染地利用电能开辟重要途径，促进我们国民经济的发展和用电设备的革新。同时,电力电子技术的推广和利用才能有更为广阔的发展前景。
参考文献
宋文南,刘宝仁.电力系统谐波分析[M].北京水利电力出版社,1995.
林海雪,公用电网谐波国标中的几个问题[J].电网技术,2003.
[3]姚玉钦.电力系统中的谐波和谐波抑制[J].电气时代,2000.