電力系統(tǒng)的諧波特性及控制

張文從電力系統(tǒng)諧波、電網(wǎng)污染和綜合治理的實際工程問題出發(fā)，通過分析內(nèi)外發(fā)展趨勢，總結目前普遍關注的研究課題，探討了諧波綜合治理的規(guī)律和方法，并對應用基礎研究提出了一些建議。[關鍵詞]電力系統(tǒng)諧波；電網(wǎng)污染；綜合控制

自20世紀80年代以來，電力電子學逐漸成為一門新興的交叉學科，相應的現(xiàn)代電力電子技術也發(fā)展迅速。然而，由于電力電子裝置是一種非線性時變拓撲負載，其造成的諧波污染對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行構成潛在威脅，并對周圍的電氣環(huán)境產(chǎn)生巨大影響，被公認為電網(wǎng)的重大公害。因此，電力系統(tǒng)諧波及其控制的研究已經(jīng)擺在電力科技工作者面前。1.研究電力系統(tǒng)諧波的意義在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，正弦波的畸變由來已久。因為它的威力比較小，危害不明顯。然而，現(xiàn)代電力系統(tǒng)對電能的形式提出了新的要求，具體體現(xiàn)在通過電力電子器件引入電力轉換技術來控制電力電子的通斷流動，以滿足用戶對頻率、電壓、電流、波形和相數(shù)的要求。還應注意的是，隨著超大容量電力電子設備的使用，現(xiàn)代電力系統(tǒng)正試圖將其快速和實時可控性應用于電網(wǎng)的電力傳輸和運行，并且在電力領域出現(xiàn)了具有先特特征的新興應用，例如動態(tài)無功功率補償(ASVG、STATCOM)、有源電力濾波器(APE)、可控移位裝置(TCPA)和統(tǒng)一潮流控制(UPFC)。據(jù)內(nèi)專家統(tǒng)計，我目前的電能有30%是用戶經(jīng)過各種電力改造后使用的。但電源與用電設備之間的非線性接口電路實現(xiàn)了功率控制和處理，所有的電力電子器件都不可避免地產(chǎn)生非正弦波形，將諧波電流注入電網(wǎng)，嚴重扭曲了公共耦合點(PCC)的電壓波形，產(chǎn)生強烈的電磁干擾(EMI)。隨著電力轉換設備容量的不斷增加、應用數(shù)量的快速增加和控制方法的多樣化，電力電子設備潛在的負面影響日益突出。隨著諧波問題逐漸被人們認識和理解，對其原因的探索、計算方法的分析、危害和影響的機理、測量和評價標準的制定以及綜合治理的實施也在不斷深入。研究發(fā)現(xiàn)，電力系統(tǒng)諧波作為電工學的一個分支技術，也廣泛滲透和交叉其他相關學科。它是一門新興的交叉學科，也是一個有待加強的重點研究方向。近年來，世界科技界普遍關注兩大問題，稱為世界主義，即能源(節(jié)能、合理開發(fā)和應用)和環(huán)境(意識、改善和環(huán)境保護)。工業(yè)電力公司是一個生產(chǎn)較佳能源產(chǎn)品的大型系統(tǒng)(電力的生產(chǎn)、傳輸、分配和轉換同時進行)。如何滿足電力負荷對有效能量轉換的需求，已成為電力系統(tǒng)日益關注的焦點。然而，在合理有效地利用電能方面，原有的傳統(tǒng)電能形式受到了極大的限制和制約(甚至浪費)。利用電力電子器件等高新技術，電能的高效利用已經(jīng)被越來越多的人所認識。例如，充分利用頻率資源，通過變頻調(diào)速可以快速靈活地改變機械傳動改變旋轉電機轉速(低效率)的原始過程，利用高頻啟動電路實現(xiàn)的開關DC電源可以大大降低鐵磁材料的消耗，顯著減小設備尺寸。然而，隨著電力電子器件的使用，諧波問題反過來降低了變換器電路的功率因數(shù)，導致效率降低，這與能量的合理有效利用背道而馳。因此，相應的改進措施必然成為另一個重要的研究課題。諧波問題伴隨著電力電子技術的出現(xiàn)。諧波的負面效應或與經(jīng)典正弦波形相反的結果給電氣環(huán)境帶來了很大的公害，即諧波污染。這類似于 #p#分頁標題#e#

諧波的污染和危害主要表現(xiàn)在對電力和信號的干擾和影響：(1)電力危害1。了解旋轉電機附加諧波損耗(換流干式變壓器過載)，使其發(fā)熱，縮短使用壽命；2.諧波諧振過電壓，造成電氣元件和設備的故障和損壞；3.使電能計量的原有定義和方法不適用。(2)信號干擾方面，1。信號系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾，降低電話通信質量；2.重要、靈敏的自動控制和保護裝置混亂；3.影響電源處理器的正常運行。二、諧波的綜合治理關于諧波綜合治理中“綜合”的內(nèi)涵，有人認為是用廣泛而普遍的推廣來描述的；有人認為用收藏和整合的方式來表達更實際；筆者認為，綜合治理工作應包括以下兩個方面：(1)加強科學合法管理。1)供電部門應從全系統(tǒng)出發(fā)，統(tǒng)籌規(guī)劃，采取有效措施加強技術監(jiān)督管理，審核擬投入負荷的諧波水平，要求用戶根據(jù)已投入運行的諧波源負荷安裝濾波裝置；2.法律和經(jīng)濟約束被廣泛采用，以改變污染在處理前的被動局面。比如電力設備和電子設備的技術規(guī)范要有諧波含量指標，設備不能超過家規(guī)定的指標，否則不得出廠，不得在電力系統(tǒng)中投入使用。(2)采取有效的技術措施1。抑制諧波電流的產(chǎn)生和注入；2.提高裝置的功率因數(shù)和無功補償；3.合理選擇過濾器的較佳安裝位置；4.消除電磁干擾和電磁兼容性；5.各種補償功能的綜合處理。從某種意義上說，電力諧波的防治主要針對供電系統(tǒng)的諧波源。然而，嚴重的諧波污染是多種諧波源共同作用的結果。因此，在用戶采取措施時，先先要解決諧波指標分配和公共耦合點(PCC)濾波器安裝的問題。其次，要加強抑制效果的檢測和評估，實時準確地監(jiān)控形狀質量。這兩方面的實施都會遇到很大的困難和障礙。3.內(nèi)外諧波研究動態(tài)(1)共同關心的研究問題1。對變流器的諧波源進行廣泛深入的研究。比如提出空間矢量法，使PWM變換器產(chǎn)生的諧波功率較??；針對非對稱觸發(fā)式交流/DC變換器，提出了一種采用離散小信號模型的分析方法。在測量技術中，提出了在不同諧波條件下提高諧波測量精度的方法。開發(fā)了多通道諧波

波分析儀和電能質量測量儀等；3.在分析與計量技術方面，分析了電網(wǎng)參數(shù)變化、模型與元件參數(shù)的精度對諧波計算的影響；針對非穩(wěn)態(tài)波形畸變，尋求新的數(shù)學方法，如近年發(fā)展較快的小波變換等；4.在濾波技術上，提出了時域/頻域相結合的參數(shù)設計和修正方法；提出了無源與有源混合電路結構，研制了具有綜合性能的新型電力線調(diào)節(jié)器。（二）目前更為關注的研究方向1.諧波抑措施，對無源與有源濾波混合方式的研究更加廣泛和深入。認為混合濾波器可降低治理投資、改善傳統(tǒng)濾波器的技術性能，是未來抑制諧波的應用方向；2.電能質量測量和評估方法，對測量評估中涉及到一些電氣參數(shù)重新進行了定義，繼續(xù)提出新的測量方法和測量手段；3.提出了混合牛頓-高斯算法，并采用并聯(lián)校正技術以改善收斂性；研究了電網(wǎng)中裝設濾波器的較佳安裝位置；4.對特殊非線性負載作了更深入的分析，如諧波對交流電機的噪聲與振動影響、提出了采用卡爾曼濾波預測電弧爐負載條件下的電壓閃變等問題。1996年召開的第7屆際會議的論文集，對廣義瞬時無功理論開展了更深入的探討；對有源電力濾波器及其優(yōu)化設置、電能質量的小波變換分析方法和各種負荷對電能質量的影響等問題進行了廣泛研究。四、建議通過以上對電力系統(tǒng)諧波問題的認識和分析，結合外諧波研究的發(fā)展動向，建議我應在以下幾方面加強研究：(1)有源電力濾波器（APE）檢測算法和控制算法及新理論的研究；(2)電力系統(tǒng)諧波補償新型電力線調(diào)節(jié)器的研究；(3)有源與無源濾波混合方式的補償?shù)难芯浚?4)畸變波形的評估方法，諧波標準規(guī)范化和實用化的研究；(5)各種電力電子裝置和非線性負載諧波特性的研究；(6)電能質量監(jiān)測方法和儀器；(7)諧波潮流的計算和濾波器容量及較佳安裝位置的設定；(8)功率因數(shù)和波形校正器；(9)PWM技術在改善波形質量上的作用；(10)功率半導體材料技術的研究和開發(fā)。五、結語現(xiàn)代電力系統(tǒng)具有功率處理與控制的特點，與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，由于大量電力電子裝置的投入，造成了日益嚴重的諧波污染問題，對諧波的綜合治理已迫在眉睫。諧波問題的研究涉及到許多相關學科，因此，必須努力加強在應用基礎方面的研究工作，跟蹤并趕超世界發(fā)達家在諧波治理方面的先進技術，推動我電力系統(tǒng)諧波綜合治理的進程。【參考文獻】[１]許克明，徐云，等.電力系統(tǒng)高次諧波[M].重慶：重慶大學出版社，1991.#p#分頁標題#e#

來源：中電力諧波監(jiān)測及濾波工程技術網(wǎng)