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諧波危害和治理

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諧波治理 國家規(guī)劃

據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《中國電能質(zhì)量治理產(chǎn)業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》分析,近年來,電能質(zhì)量治理產(chǎn)品市場需求容量不斷擴(kuò)大,增長強(qiáng)勁。其中,無功補(bǔ)償裝置與諧波治理兩大主要產(chǎn)品市場發(fā)展最為迅猛,產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量都有大幅提升。

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3.是用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波:晶閘管整流設(shè)備。由于晶閘管整流在電力機(jī)車、鋁電解槽、充電裝置、開關(guān)電源等許多方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用,給電網(wǎng)造成了大量的諧波。我們知道,晶閘管整流裝置采用移相控制,從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波,從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波,顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路,在接感性負(fù)載時則含有奇次諧波電流,其中3次諧波的含量可達(dá)基波的 30%;接容性負(fù)載時則含有奇次諧波電壓,其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈整流器,變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流;如果是12脈沖整流器,也還有11次及以上奇次諧波電流。經(jīng)統(tǒng)計(jì)表明:由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近40%,這是最大的諧波源。

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開關(guān)電源設(shè)備應(yīng)用很廣,它的工作原理是先把交流整流成直流,通過開關(guān)管控制變壓器初級電流的開通和關(guān)閉,從而在變壓器二次側(cè)感應(yīng)出電流,供給用電設(shè)備。此外,開關(guān)電源的頻率比較高一般在40kHz左右,不僅在整流時產(chǎn)生諧波,而且在開關(guān)管開閉時,反射40kHz左右的波至電源。這類用電設(shè)備同樣是單臺容量不大,但它是應(yīng)用面最廣、量最大的非線性用電設(shè)備,它還有一定量的三次諧波,造成配變的中心線電流居高不下,而且三次諧波還會通過配變污染到10kV電網(wǎng)。


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SVC以可控硅調(diào)節(jié)電抗加多組電容作為無功補(bǔ)償?shù)闹饕侄危瑯O容易發(fā)生諧振放大現(xiàn)象,導(dǎo)致安全事故,系統(tǒng)電壓波動大時,補(bǔ)償效果受很大影響,運(yùn)行損耗大;SVG配套電容器不需要設(shè)置濾波器組,不存在諧振放大現(xiàn)象,SVG是有源型補(bǔ)償裝置,是采用可關(guān)斷器件IGBT構(gòu)成的電流源裝置,從而避免了諧振現(xiàn)象,運(yùn)行安全性能大大提高。

電網(wǎng)中存在諧波,對電網(wǎng)供電的質(zhì)量造成影響。濾波是將信號中特定波段頻率濾除的操作,是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。諧波治理首先要控制好諧波產(chǎn)生的源頭,其次我們還要通過增加濾波裝置進(jìn)行諧波的消除。如何正確選擇有效的諧波質(zhì)量方案非常關(guān)鍵。

此外,弧電流的波形還有一定的非對稱性。正是由于弧電流是非正弦波,造成電弧加熱設(shè)備對電網(wǎng)的諧波污染比較大,而且多為18次以下的低次諧波污染。其實(shí)電焊機(jī)在上世紀(jì)四、五十年代已廣泛應(yīng)用。由于當(dāng)時電弧加熱設(shè)備量少,電焊機(jī)應(yīng)用的同時率就更小了,對整個電網(wǎng)的影響比較小,但發(fā)現(xiàn)在燒電焊時,局部低壓電網(wǎng)的電壓和電流變化很大,有較大的諧波影響。

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SVG具有電流源的特性,輸出容量受母線電壓的影響很小。這一優(yōu)點(diǎn)使SVG用于電壓控制時具有很大的優(yōu)勢,系統(tǒng)電壓越低,越需要動態(tài)無功調(diào)節(jié)電壓,SVG的低電壓特性好,輸出的無功電流與系統(tǒng)電壓沒有關(guān)系,可以看作是一個可控恒定的電流源,系統(tǒng)電壓降低時,仍能輸出額定無功電流,具備很強(qiáng)的過載能力;而SVC是阻抗型特性,輸出容量受母線電壓的影響很大,系統(tǒng)電壓越低,輸出無功電流的能力成比例降低,不具備過載能力。因此SVG的無功補(bǔ)償能力與系統(tǒng)電壓無關(guān),而SVC的無功補(bǔ)償能力隨系統(tǒng)電壓的下降線性降低。

2.是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波:輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波,由于變壓器鐵心的飽和,磁化曲線的非線性,加上設(shè)計(jì)變壓器時考慮經(jīng)濟(jì)性,其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上,這樣就使得磁化電流呈尖頂波形,因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵心的飽和程度有關(guān)。鐵心的飽和程度越高,變壓器工作點(diǎn)偏離線性越遠(yuǎn),諧波電流也就越大,其中3次諧波電流可達(dá)額定電流0.5%。

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