电网谐波的抑制与治理

作者：夏明明

来源：《科技资讯》 2011年第15期

夏明明

(杭州欣美成套电器制造有限公司 杭州 311215)

摘 要:在对电网谐波产生原因进行归纳总结后,对电网谐波抑制及治理措施进行了详细分析研究,最后介绍了SVG动态无功补偿及消谐装置的工作原理和提高电网供电质量水平的功能特性。

关键词:电网谐波 有源谐波 无源滤波

中图分类号:TM7 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)05(c)-0141-01

电网安全稳定、节能经济的高效运行是工农业正常生产发展的重要基础保障条件,特别是经济高速发展的当今,各类精密仪器设备、复杂过程控制系统等对电网供电电能质量的要求也更高。因此,根据电网中电力负荷种类多、电能输送距离远、负荷容量波动大等特性,通过相应的技术手段和措施制定科学合理的无功补偿方案,提高电网功率因数,有效降低供配电网的损耗,是实现电力系统中电能用户节约电能、提高经济效益较为优越的途径[1]。

1 电网谐波产生原因分析

用电设备运行时产生谐波在供电系统中所占的比例很大,是电网中主要的谐波源。

1.1 晶闸管整流装置

大容量整流设备在运行时,其非线性感性负载整流电路所产生的谐波分量对供电系统污染非常严重,导致系统电压和功率因数减小,直接困扰着电网正常运行。

1.2 变频调速设备

变频调速控制系统在运行时其输入电流波形呈尖峰状,所形成的谐波成分非常复杂,除了有整数次高次谐波外,还含有分数次谐波,使得供电系统的电能特性大大降低。而且这类变频调速装置的功率通常非常大,随着变频调速设备在供电系统中大量推广使用,对供电网所造成的谐波污染也会越来越严重。

1.3 日用电器设备

电视机、收录机、高频计算机、节能调光灯具等,其内部电路中均具有调压整流装置,在日常使用过程中会产生奇次谐波。办公室内所使用的电风扇、空调等有绕组的设备,在运行时会所产生得时变不平衡电流也能产生谐波。

2 谐波抑制方法

2.1 主动型谐波抑制

主动型谐波抑制方案实际上就是通过相关优化技术对接入配电网的电气设备本身进行改进,通过内部电路结构间的相互弥补限制其产生谐波或不产生谐波。较为普遍的主动谐波抑制技术是开发新型变流器:对于小功率电力变换装置而言,通过对其内部结构的调整使其不产生谐波且功率因数为1,从而形成具有自动谐波抑制的变流器,通常称为单位功率因数变流器;对于中小功率电力变换装置而言,通常采用具有脉宽调制功能的整流电路进行有功功率因数校正,从而保证供配电网系统平衡。脉宽调制技术已在很多开关电源中得到广泛推广使用;对于大功率电力变换装置而言,普遍采用多绕组变压器构成多脉整流或将多脉整流与控制移相技术相结合构成准多脉整流装置,达到抑制谐波的作用。这种技术的缺点在于装置成本较高,而且其所获得的功能效果不是很明显,同时将脉宽调制技术运用到供配电系统中,其自身也会产生高次谐波,要保证两个非线性矛盾项间的平衡需要进行大量试验,需要花费大量的人力和物力。

2.2 被动谐波抑制

被动型谐波抑制方案是在电网系统中,通过外加无功补偿及消谐装置达到谐波抑制的目的。采用电力滤波器可以有效吸收谐波源产生的高次谐波电流,达到抑制谐波污染、净化供电网用电环境的目的。

2.2.1 无源电力滤波器

无源电力滤波器是传统的供配电系统无功补偿及谐波抑制的主要手段,是通过在供配电网中并联滤波器滤清除电网中的相关谐波分量,达到谐波抑制效果。传统的无源电力滤波措施由电力电容器、电抗器和电阻组合而成,具备无功补偿与谐波抑制相结合的综合功能。但无源滤波器只能按照设计要求进行无功补偿及谐波抑制,对于时变的非线性负载供配电网而言,其补偿效果受到很大的限制。

2.2.2 有源电力滤波器

有源电力滤波器是一种能够弥补传统无源滤波器自调节差、动态响应性能不足方面的一种新型谐波抑制设备,是一种适合时变复杂大系统的动态谐波抑制和无功实时补偿的一种先进电力电子装置。该类设备的基本原理是从配电网中动态采集补偿对象中相关谐波电流分量,并通过内部智能控制单元智能分析由补偿电路产生一个与高次谐波电流大小相等且极性相反的谐波补偿电流,从而使流入用电设备中的电流只含基波分量,达到谐波抑制、净化电能的目的。SVG无功补偿及消谐装置中的谐波抑制电路就是一种典型的有源电力滤器结构。

3 SVG无功补偿及消谐装置工作原理

SVG装置除了可以进行功率因素补偿同时,还能在一定程度上实现对高次谐波分量的抑制。SVG可以调节内部晶闸管阀组的导通角来实时调整自换相桥式电路交流侧装置输出电压幅值和相位角间的关系特性,直接或通过电抗器(变流器)与供配电网相连,通过由晶闸管阀组构成的自换相桥式电路对供配电网进行无功功率的实时补偿。SVG从供电系统中吸收不同性质无功容量(包括感性无功和容性无功两类)的工作相量图如图1所示。

当SVG装置内部变流逆变电路具有感性特性时,装置将不断从供电系统吸收无功容量,以防止供电系统出现过补偿运行工况,影响供电质量水平;当变流逆变电路具有容性特性时,SVG装置将不断向供电系统提供无功补偿容量,以维持整个供电系统的有功和无功间的平衡。同时消谐波功能单元还会通过对应的谐波抑制电路有效过滤电能中的3次、5次、7次等非基波高次谐波分量,达到降低供电系统线损,节约电能资源的目的[2]。

4 结语

电网谐波治理是一项长期复杂工作,必须结合电网负荷类型、负荷率等实际情况,根据具体情况采取合理的治理方案,从而有效提高电网供电质量水平,保障电网安全稳定、节能经济的高效运营发展。

参考文献

[1] 吴言凤,吴正国,夏立.一种基于自适应滤波的三相有源电力滤波器的检测方法[J].海军工程大学学报,2002(1):54～57.

[2] 陈得治,郭志江.基于负荷获取和匹配潮流方法得配电网理论线损计算方法[J].电网技术,2005,29(l):80～84.