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电力系统谐波检测与治理
电力系统谐波检测与治理 前言 随着我国工业化进程的迅猛发展,电网装机容量不断加大,电网中电力电子 元件的使用也越来越多,致使大量的谐波电流注入电网,造成正弦波畸变,电能质 量下降,不但对电力系统的一些重要设备产生重大影响,对广大用户也产生了严重 危害。目前,谐波与电磁干扰、功率因数降低被列为电力系统的三大公害,因而了 解谐波产生的机理,研究和清除供配电系统中的高次谐波,对改于供电质量、确保 电力系统安全、经济运行都有着十分重要的意义。一、电力系统谐波危害 ①谐波会使公用电网中的电力设备产生附加的损耗,降低了发电、输电及 用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热,严重的甚至可能引发火 灾。
②谐波会影响电气设备的正常工作,使电机产生机械振动和噪声等故障,变 压器局部严重过热,电容器、电缆等设备过热,绝缘部分老化、变质,设备寿命缩减, 直至最终损坏。
③谐波会引起电网谐振,可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍,会对系统构 成重大威胁,特别是对电容器和与之串联的电抗器,电网谐振常会使之烧毁。
④谐波会导致继电保护和自动装置误动作,造成不必要的供电中断和损失。
⑤谐波会使电气测量仪表计量不准确,产生计量误差,给供电部门或电力用 户带来直接的经济损失。
⑥谐波会对设备附近的通信系统产生干扰,轻则产生噪声,降低通信质量;
重则导致信息丢失,使通信系统无法正常工作。
⑦谐波会干扰计算机系统等电子设备的正常工作,造成数据丢失或死机。
⑧谐波会影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能, 造成噪声干扰和图像紊乱。
二、谐波检测方法1.模拟电路 消除谐波的方法很多,即有主动型,又有被动型;既有无源的,也有有源的,还 有混合型的,目前较为先进的是采用有源电力滤波器。但由于其检测环节多采用 模拟电路,因而造价较高,且由于模拟带通滤波器对频率和温度的变化非常敏感, 故使其基波幅值误差很难控制在10%以内,严重影响了有源滤波器的控制性能。近 年来,人工神经网络的研究取得了较大进展,由于神经元有自适应和自学习能力, 且结构简单,输入输出关系明了,因此可用神经元替代自适应滤波器,再用一对与 基波频率相同,相位相差90度的正弦向量作为神经元的输入。由神经元先得到基 波电流,然后检测出应补偿的电流,从而完成谐波电流的检测。但人工神经网络的 硬件目前还是一个比较薄弱的环节,限制了其应用范围。
2.傅立叶变换 利用傅立叶变换可在数字域进行谐波检测,电力系统的谐波分析,目前大都 是通过该方法实现的,离散傅立叶变换所需要处理的是经过采样和A/D转换得到 的数字信号,设待测信号为x(t),采样间隔为 t秒,采样频率 =1/ t满足采样定理,即 大于信号最高频率分量的2倍,则采样信号为x(n t),并且采样信号总是有限长度的, 即n=0,1……N-1。这相当于对无限长的信号做了截断,因而造成了傅立叶变换的 泄露现象,产生误差。此外,对于离散傅立叶变换来说,如果不是整数周期采样,那么 即使信号只含有单一频率,离散傅立叶变换也不可能求出信号的准确参数,因而出 现栅栏效应。通过加窗可以减小泄露现象的影响。
3.小波变换 小波变换已广泛应用于信号分析、语音识别与合成、自动控制、图象处理 与分析等领域。电力谐波是由各种频率成分合成的、随机的、出现和消失都非常 突 三、电力系统谐波治理 限于篇幅问题,本文在此只介绍基于改造谐波源本身的谐波抑制方法,基于 改造谐波源本身的谐波抑制方法一般有以下几种。
(1)增加整流变压器二次侧整流的相数对于带有整流元件的设备,尽量增加整流的相数或脉动数,可以较好地消除 低次特征谐波,该措施可减少谐波源产生的谐波含量,一般在工程设计中予以考虑。
因为整流器是供电系统中的主要谐波源之一,其在交流侧所产生的高次谐波为tK 1次谐波,即整流装置从6脉动谐波次数为n=6K 1,如果增加到12脉动时,其谐波次 数为n=12K 1(其中K为正整数),这样就可以消除5、7等次谐波,因此
