没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
并联 型
资源推荐
资源详情
资源评论
第一章 绪论
随着电力电子技术的飞速发展,各种电力电子设备得到广泛应用。这些电力
电子设备在节约电能、提高生产效率和提高人们生活质量等方面起着重要作用。
然而由于它们的非线性和多样性特点,大量的谐波和无功电流注入电网,对公用电
网的供电质量和用户设备的安全运行造成严重的威胁。
有源电力滤波器(APF)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力
电子装置,它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿,之所
以称为有源,传统的谐波抑制和无功功率补偿的方法是无源滤波技术,即由电力
电容器等无源器件构成无源滤波器,与需补偿的非线性负载并联,为谐波提供一个
低阻抗通路,同时提供负载所需要的无功功率。无源滤波技术具有结构简单、设
备投资低、运行可靠性高和维护方便等优点,但也存在不足和缺陷,如只能消除特
定次谐波,对某些次谐波会发生谐振,滤波特性受系统参数的影响比较大,消耗大
等。随着电力电子技术和功率集成电路技术以及相关谐波理论的发展,人们将滤
波研究方向逐步转向了有源电力滤波器(Active Power Filter———APF)。其基本
原理是:APF 向电网注入与原有谐波和无功电流大小相等但方向相反的补偿电流,
使电网的总谐波和无功电流为零,从而达到净化电网的目的。与无源电力滤波器
相比,有源电力滤波器具有明显的优越性。它能对变化的各次谐波和无功电流同
时进行跟踪补偿,补偿特性受电网阻抗和频率变化的影响较小,控制电路容易实施
限流保护以提高系统的安全性,因而受到了极大的关注。
1.1 电能质量概述
电能是人类社会应用最广泛的能源之一,其应用程度是一个国家发展水平
的主要标志之一。随着科学技术和国民经济的发展,人们对电能质量的要求越
来越高。电网的稳定,电能质量的高低,已经成为影响国民经济发展的重要因
素之一。
随着科学技术的进步,特别是电力电子技术的发展,电网中冲击性、非线
性负载的不断增加,使得电网出现电压波动、频率偏差、谐波污染、功率因素
降低、三相不平衡等问题。这些问题的出现,严重影响电力系统的正常运行。
电能质量的下降严重地影响了供用电设备的安全、经济运行,降低了人民
的生活质量。在这样的背景下,如何衡量电能质量的好坏,就成为人们关注的
话题。所以就产生了电能质量(PowerQual1ty)的概念。
人们对电能质量关注已久,在电力系统发展的早期,电力负荷的组成比较
简单,因此衡量电能质量的指标也比较简单,主要是电压偏移和频率偏移两种。
但自 20 世纪 80 年代以来,由于电力电子技术的发展,大量非线性电力电子设
备在现代工业中得到了广泛应用,这些设备的运行使得电网中电压和电流的波
形畸变越来越严重,同时还会产生大量的谐波。另外,冲击性、波动性负荷,
如电弧炉、电力机车、大型轧钢机等,运行中不仅会产生大量的谐波,而且还
会产生闪变、电压波动、三相不平衡等电能质量问题。另一方面,随着计算机、
交换机、网络设备、数控设备等对电能质量敏感的设备的大量运用,人们对电
能质量的要求也越来越高,因此我国和西方国家根据各国国情都制定了一系列
的电能质量标准。同时,电能质量也受到科研人员的关注,电能质量的改善和
提高己经成为专家学者研究的热点问题。
1.2 谐波抑制概述
1.2.1 谐波的产生及其危害
国际上公认的谐波定义为:“谐波是一个周期电气量的正弦波分量,其频率
为基波的整数倍数”。
[2]
由于谐波的频率是基波频率的整数倍数,也常称为高次
谐波。
除了特殊情况外,谐波的产生主要是由于大容量电力和用电整流或换流,
以及其它非线性负荷造成的。这些电力或用电设备从电力系统中吸收的畸变电
流可以分解为基波和一系列的谐波电流分量。其谐波电流值实际上和 50Hz 基
波电压值以及供电网的阻抗几乎无关。因此,大多数谐波源可以视为恒流源,
它们与 50Hz 基波不同,后者一般是恒压源。
现代电力系统中发电机和变压器在正常稳态运行条件下,它们本身不会造
成电网电压或电流的较大畸变,虽然在暂态扰动时(例如系统发生短路故障时、
切合空载线路或空载投入变压器)以及超出其正常工作条件时(例如变压器运行
在其额定工作电压以上)将可能增大其产生的谐波含量。
谐波电流和谐波电压的出现,对公用电网造成污染,也使得其他用电设备
的应用环境恶化,并引发一系列的故障和事故。
(1) 谐波会引起谐振和谐波电流的放大。为了补偿负载的无功功率,提高
功率因数,常在负载处装有并联电容器,为了提高系统的电压水平,常在变电
所安装并联电容器,此外,为了滤出谐波,会装 LC 滤波器。工频时,电容器
的容抗比系统的感抗大的多,不会发生谐振,但对谐波频率而言,系统感抗大
大增加而容抗大大减小,就可能产生并联谐振或串联谐振。谐振会使谐波电流
放大几倍甚至几十倍,常常使电容器和电抗器烧毁。
(2) 谐波使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗,影响电器设备正常工作。
谐波对电机的主要影响是引起附加损耗,从而产生附加温升,当发电机中谐波
电流的频率接近定子零部件的固有振动频率时,可能引起发电机的强烈机械振
动并伴有强烈的噪音。
(3) 谐波电流流经变压器时,除引起变压器绕组附加损耗外,也引起外壳、
外层硅钢片和某些紧固件发热,并且有可能引起局部的严重过热,谐波也使变
压器噪声增大。
(4) 谐波会引起电缆浸渍绝缘的局部放电、介质损耗和温升增大。电缆的分
布电容对谐波电流有放大作用,在电网低谷负荷下当电网电压温升上升而使谐
波电压也升高时,电缆很容易出故障。
(5) 谐波对通信线路的干扰主要通过电容耦合、电磁感应和电气传导。话音
的频率范围是 500Hz~3KHz,在这范围内的谐波都会影响通话质量。
(6) 谐波电流在电网中流动会产生有功功率损耗,构成了电网线损的一部份,
对电网的经济运行很不利。
(7) 谐波对电子设备的影响主要有:
为减小损耗和电磁干扰,变流装置中的功率器件通常选择在电压或电流的
过零点动作,谐波的存在影响了过零点的准确检测,影响了正确的开关动作。
谐波对继电保护和电力测量的影响:谐波会改变保护继电器的性能,引起
误动作或拒绝动作,引起事故。谐波会使电工测量仪表产生测量误差,影响计
量及测量的准确性。非整数和超低频谐波影响了一些视听设备的视听效果。
由于谐波电压而引起的电压峰值点的变化影响了电视机和计算机画面大小
和明暗的变化。谐波引起计算机死机或程序运行不正常,从而导致自控设备误
动作
(8) 谐波对电网中的模拟式电表如电压表、电流表、功率表、电度表的测量
会有影响,使测量仪表计量不准确,降低了测量数据的准确性和可靠性。
1.2.2 主要谐波源
谐波是由非线性元件和非线性负荷产生的,相对于系统而言可称其为谐波
源。所谓非线性设备就是在正弦供电电压下产生非正弦电流或者在正弦供电电
流下产生非正弦电压的设备。
作为谐波源,非线性设备可以被划分为如下几类
[2]
:
(1) 电力电子装置。
电力电子装置近年来发展迅猛,是最严重的谐波源。它有单相和多相之分;
从功能上看,有整流、逆变、交流调压和变频之分。大型的有达百万千瓦级的
HDVC 装置和大型铝厂的整流装置,小型的有电动机节能器、家用充电器和家
用调光灯。影响面较大的单相换流装置用于工频交流电力机车。
(2) 电弧炉。
通常所谓的电弧炉是指,用于钢铁冶炼的交流电弧炉。大型电弧炉的发展
方向是采用更经济更有效的直流电弧炉。在谐波源分类上,直流电弧炉由整流
器馈电,故应列入电力电子装置。铁合金矿石炉、电石炉和电弧炉虽都采用石
墨电极来注入熔化电流,但用电特性有很大区别。
(3) 家用电器。
例如日光灯、电视机、调速风扇、空调、电冰箱等。
(4) 高新技术应用的多种设备。
例如电子计算机、敏感电子器件、功调器、激光切割设备、卫星传送器、
核磁共振设备、节能灯(例如高压钠灯和其他气体放电灯)等。
国外的经验表明,各种非线性用电设备容量的增长率大大超过电网的发电
设备容量的增长率。进一步反映出选取此课题的主要目的和重大意义。
表 1—2 列出了 1980 年,1985 年和 1990 年我国全国的发电装机容量,发电量
和电气化铁道长度及其用电量的统计值,同样表明了电气化铁道用电量的增长
率远高于发电量的年增长率。与此相应,电气化铁道负荷较重的电网,自 80 年
代以来,都反映了电气化铁道谐波污染和危害的问题。
表 1—2 中国发电装机容量,发电量和电气化铁道长度及其电量统计
项目
年统计值 年增长率(%)
1980 1985 1990 1980~1985 1985~1990
发电装机容量(万 kw)
6000 8495 13500 7.2 9.71
发电量(亿)
3006 4060 6150 6.2 8.66
电气化铁道长度(km)
1667 4150.5 6940.8 20.0 10.83
电气化铁道用电量(亿 kwh)
2.867 12.952 37.871 35.2 24.94
发达国家的经验和预测表明,随着科学技术的发展,非线性负荷用电设备
的种类,数量和用电量将迅速增加。例如,日本电气协同研究会的电力系统高
次谐波对策委员会论述说:日本当前的重要谐波源依次是电力换流器(占谐波
源总数的 66%),家用电器(占谐波源总数的 23%)以及大型电弧炉。在高技
术的电力电子领域中,换流装置占核心位置。
显而易见,随着我国改革开放和经济建设的发展,我国电网已经遭遇并面
临发达国家当前的谐波局面,即谐波源随着高新技术的发展而猛增,电网电压
畸变率也将上升。
1.3 谐波治理的现状与发展
为解决电力电子装置和其它谐波源的谐波污染问题,一般有两种解决方案:
一是装设谐波补偿装置来补偿谐波,这对各种谐波源都是适用的;另一种是对电
力电子设备本身进行改造,使其不产生谐波,且功率因素可控制为 1,这只适
用于作为主要谐波源的电力电子装置。本论文的研究内容属于第一种方法。
装 设 谐 波 补 偿 装 置 的 传 统 方 法 是 装 设 无 源 电 力 滤 波 器 (Passive
PwoerFilter 一 PPF)。这种方法既可补偿谐波,又可补偿无功功率,而且结构
简单,一直被广泛使用。PFP 有单调谐、双调谐和高通等几种主要结构。利用
LC 电路在谐波频率下形成低阻抗支路,使谐波电流不再流入电网,达到了滤除
谐波电流的目的。这种方法的主要优点是投资少、效率高、结构简单、维护方
便而且可以耐受高电压,容量可以很大并且可以在滤除谐波的同时适当补偿无
功功率。这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响,易和系
统发生并联谐振,导致谐波放大,使 LC 滤波器过载甚至烧毁。此外,它只能
剩余58页未读,继续阅读
资源评论
huobo8008
- 粉丝: 0
- 资源: 7
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功