电力谐波抑制与无源电力滤波技术的应用

随着工业技术的发展,不断有电力电子装置和其他非线性负荷(又称畸变负荷)接入电网,电网谐波水平逐年升高。电力谐波导致的各种问题日益突出,已受到供用电双方的高度重视。

用串联电抗器抑制无功补偿电容器导致的谐波共振与放大,以及用无源电力滤波器抑制电力谐波等技术措施具有技术成熟、简单有效、价格较低等优点,已得到日益广泛的应用,是治理电力谐波的有效措施。

1 电力谐波的产生与危害

电力谐波主要由非线性负载产生。非线性负荷吸收的电流与端电压不成线性关系,结果电流发生波形畸变且导致端电压波形畸变。这种周期性的畸变波形可按基频(50Hz)展开成傅里叶级数形式,其大于基频的分量即为谐波。图1为实测畸变电流波形,图2为畸变波形的谐波分析示意图。

产生电力谐波的设备非常多,主要有变频调速器、直流调速系统、整流设备、中高频感应加热设备、晶闸管温控加热设备、焊接设备、电弧炉、电力机车、不间断电源、计算机、通讯设备、音像设备、充电器、变频空调、晶闸管调光设备、电子节能灯等。

谐波的危害主要包括以下几个方面:

(1)增加电力设施的负荷,降低系统功率因数,降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率;

(2)引起无功补偿电容器谐振和谐波放大，导致电容器因过电流或过电压而损坏或无法投入运行;

(3)产生脉动转矩致使电动机振动,影响产品质量和电机寿命;

(4)由于涡流和集肤效应,使电机、变压器、输电线路等产生附加功率损耗而过热;

(5)增加绝缘介质的电场强度,降低设备使用寿命;

(6)零序谐波电流导致三相四线系统的中线过载,并在三角接法的变压器绕组内产生环流;

(7)引起继电保护设施的误动作,造成继电保护等自动装置工作紊乱;

(8)改变电压或电流的变化率和峰值,延缓电弧熄灭,影响断路器的分断容量;

(9)使计量仪表特别是感应式电能表产生计量误差;

(10)干扰邻近的电力电子设备、工业控制设备和通讯设备,影响设备的正常运行。