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      淺談電能質(zhì)量問題與濾波器的發(fā)展

      2022年06月09日 10:56:30人氣:333來源:江蘇安科瑞電器制造有限公司

      安科瑞 王晶淼

        電能是當(dāng)代主要的能源形式,用電問題也日益顯現(xiàn)。如今,用電負(fù)荷日趨復(fù)雜化和多樣化,相應(yīng)的,帶來的各種靜態(tài)電磁干擾問題成為用戶關(guān)注的焦點(diǎn)。計算機(jī),微處理器電子和電氣設(shè)備被大量使用,這些設(shè)備對電力系中暫態(tài)問題的靈敏程度和對供電可靠性的依賴程度也變得越來越高。因?yàn)檫@些問題,電能質(zhì)量不可避免成為了如今的電力問題的關(guān)鍵。

        電能質(zhì)量是指電力系統(tǒng)中電能的質(zhì)量。理想的電能應(yīng)該是對稱的正弦波。一些因素會使波形偏離對稱正弦,由此便產(chǎn)生了電能質(zhì)量問題。一方面我們研究存在哪些影響因素會導(dǎo)致電能質(zhì)量問題,一方面我們研究這些因素會導(dǎo)致哪些方面的問題,我們要研究如何規(guī)避這些因素,從而使電能接近正弦波。

        電能質(zhì)量內(nèi)容分為兩大類:“穩(wěn)態(tài)”和“暫/瞬態(tài)”。國標(biāo)中涉及的:諧波、頻率、電壓不平衡度、電壓偏差屬“穩(wěn)態(tài)”;電壓波動和閃變、暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓、電壓驟升、驟降、短時斷電屬“瞬態(tài)”。

        本篇文章主要討論諧波問題及其治理方法。諧波是指對周期性非正弦交流量進(jìn)行傅里葉級數(shù)計算所得到的大于基波頻率整數(shù)倍的各次分量,通常稱為高次諧波,而基波是指其頻率與工頻(50Hz)相同的分量。     

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        諧波具有以下危害。

      1)由于諧波的存在,增加了系統(tǒng)中元件的附加諧波損耗,降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的使用效率。大量的3次諧波流過中線時,會使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。

      2)諧波影響各種電氣設(shè)備,特別是電機(jī)類設(shè)備的正常工作。諧波對旋轉(zhuǎn)電機(jī)和變壓器的影響,首先主要是引起附加損耗,諧波電流流過電機(jī)和變壓器時,將會增加鐵心損耗以及銅損,引起過熱。諧波損耗對變壓器的影響通常要大于對電機(jī)的影響,比如電弧爐變壓器由于熔煉過程中的電流的劇烈波動,造成壽命的明顯縮短。諧波對旋轉(zhuǎn)電機(jī)和變壓器的影響其次是產(chǎn)生機(jī)械振動、噪聲和諧波過電壓。當(dāng)諧波頻率接近電機(jī)的固有振動頻率時,會引起電機(jī)的強(qiáng)烈

      振動。這些影響可能縮短電機(jī)壽命,甚至損壞電機(jī)。諧波電流引起的附加損耗通常折算成等值的基頻負(fù)序電流來進(jìn)行估算。

      3)電力系統(tǒng)中電容器的應(yīng)用可能會導(dǎo)致的諧振,是一個需要非常重視的問題。當(dāng)諧波頻率與輸電系統(tǒng)固有的特征頻率重合時,可能會放大諧波分量,產(chǎn)生非常大的電壓和電流。這導(dǎo)致設(shè)備的附加損耗和發(fā)熱,縮短電容器壽命,以致造成設(shè)備故障。大量調(diào)查表明,電容器和與之串聯(lián)的電抗器的燒毀在諧波引起的事故中約占75%。

      4)諧波電流除了會增加繼電器的發(fā)熱和損耗之外,還會導(dǎo)致動作特性改變,以致造成保護(hù)裝置的拒動或誤動。比如以電磁型電壓繼電器為例,當(dāng)含諧波的畸變電壓作用于繼電器時,動作值總是比繼電器剛好動作的基波分量電壓合理值大,即過電壓繼電器有可能出現(xiàn)拒動,而欠電壓繼電器則可能誤功。此外,在動態(tài)情況下,如投入空教變壓器時會產(chǎn)生諸波含量很高的勵磁涌流,造成繼電器誤動作而使開關(guān)跳閘。

        利用設(shè)置作為諧波源的非線性負(fù)荷附近的無源濾波器(PassiveFilter, PF)即由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成的并聯(lián)濾波裝置來控制諧波電流。通常將產(chǎn)生諧波的負(fù)荷看做是諧波電流源。無源濾波器的作用是為諧波電流i提供一個低阻抗的通路或諧振回路,通過分流非線性負(fù)荷所產(chǎn)生的諧波電流來減少流入電網(wǎng)的諧波電流isH。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同,無源濾波器可分為帶通濾波器(包括單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、三調(diào)諧濾波器)、高通濾波器、C型阻尼濾波器和橋式濾波器等。無源濾波器具有以下特點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn):無源濾波器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、運(yùn)行可靠性較高、運(yùn)行費(fèi)用較低。

      缺點(diǎn):通帶內(nèi)的信號有損耗,負(fù)載效應(yīng)比較明顯,使用電感元件時容易引起電磁感應(yīng),當(dāng)電感L較大時濾波器的體積和重量都比較大,在低頻域不適用。     

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        為了應(yīng)對日益復(fù)雜的諧波補(bǔ)償問題,隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的有源濾波器逐漸被廣泛應(yīng)用。有源電力濾波器(Active Power Filter,簡稱APF)是一種用于動態(tài)治理諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置,它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償。有源濾波器之所以稱為有源,顧名思義該裝置需要提供電源(用以補(bǔ)償主電路的諧波),其應(yīng)用可克服LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波治理和無功補(bǔ)償方法的缺點(diǎn)(傳統(tǒng)的只能固定補(bǔ)償),實(shí)現(xiàn)了動態(tài)跟蹤補(bǔ)償,而且可以既補(bǔ)諧波又補(bǔ)無功。          

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        安科瑞是上海安科瑞電氣股份有限公司的簡稱,是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的高科技股份制企業(yè)。公司具有豐富的有源電力濾波器的生產(chǎn)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),在電能質(zhì)量方面致力于服務(wù)客戶,為客戶創(chuàng)造價值。

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