电力系统中的谐波检测及谐波抑制-最新年文档

电力系统中的谐波检测及谐波抑制

刖言

随着我国工业化进程的迅猛发展，电网装机容量不断加大。

电网中电力电子原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,

谐波于电磁干扰、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，演技和清除供配电系统中的高次谐波, 对于改善供电质量、确保电力系统安全、经济运行都有着十分重要的意义。

、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。

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，轻则产生噪音，境地通信质量；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，造成噪音干扰和图像紊乱。

二、谐波检测

1. 模拟电路

消除谐波的方法很多，既有主动型，又有被动型；既有无源的，也有有源的，还有混合型的，目前较为现金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，故使其基波复制误差很难控制在10%以内，严重影响了有源滤波器的控制

性能。

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，基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， 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与信号分析、 语音识别与合成、 自动控

制、图像处理与分析等领域。 电力谐波是由各种频率成分合成的、 进行处理受到局限的情况下， 可充分发挥小波变换的优势。 即对 谐波采样离散后， 利用小波变换对数字信号进行处理，

频信息，时窗变窄，可对信号的高频分量做细致的观测； 析低频信息， 这时时窗自动变宽， 可对信号的低频分量做概貌分

析。所以小波变换具有自动“调焦”性。

三、电力系统谐波治理

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

随机的、 出现和消失都非常突然的信号，

在应用离散傅立叶变换

从而实现 对谐波的精确测定。 小波可以看作是一个双窗函数，

对一信号进 行小波变换相当于从这一时频窗内的信息提取信号。

对于检测高

对于分

主要谐波源之一，其在交流侧所产生的高次谐波为tk1 次谐波，即整流装置从6脉动谐波次数为n=6K1,如果增加到12脉动时，其谐波次数为

n=12K1 （其中K为正整数），这样就可以消除5、7 等次谐波，因此增加整流的相数或脉动数，可有效地抑制低次

谐波。不过，这种方法虽然在理论上可以实现，但是在实际应用

中的投资过大，在技术上对消除谐波并不十分有效，该方法多用

于大容量的整流装置负载。

（2）整流变压器采用Y/或/Y接线

该方法可抑制3 的倍数次的高次谐波，以整流变压器采用/Y

接线形式为例说明其原理，当高次谐波电流从晶闸管反串到变压器副边绕组?仁保?其中3 的倍数次高次谐波电流无路可同，所以自然就被抑制而不存在。但将导致铁心内出现3 的倍数次高次谐波磁通（三相相位一致），而该磁通将在变压器原边绕组内产生

3的倍数次高次谐波电动势，从而产生3 的倍数次的高次谐波电流。因为它们相位一致，只能在型绕组内产生环流，将能量消耗在绕组的电阻中，故原边绕组端子上不会出现3 的倍数次的高次谐波电动势。从以上分析可以看出，三相晶闸管整流装置的整流变压器采用这种接线形式时，谐波源产生的3n（n 是正整数）次的谐波激磁电流在接线绕组内形成环流，不致使谐波注入公共电网。

3）尽量选用高功率因数的整流器

采用整流器的多重化来减少谐波是一种传统方法，用该方法

构成的整流器还不足以称之为高功率因数整流器。 高功率因数整 其电流和电压同相位的组合装置， 这种整流器可以被称为单位功 率因数变流器。 该方法只能在设备设计过程中加以注意， 从而得 到实践中的谐波抑制效果。

4）整流电路的多重化

整流电路的多重化， 即将多个方波叠加， 以消除次数较低的 谐波，从而得到接近正弦波的阶梯波。重数越多，波形越接近正 弦波，但其电路也越复杂，因此该方法一般只用于大容量场合。

当然，除了基于改造谐波源本身的谐波抑制方法， 还有基于 谐波补偿装置的功能的抑制方法， 它包括加装无源滤波器， 加装 有源滤波器、装设静止无功补偿装置等等。

随着现代信息技术， 计算机技术和电子技术的发展， 电能质 量问题已经越来越引起用户和供电部门的重视。 应用先进的电能 质量测试仪器不仅能大大提高电能质量监测网络， 及时分析和反 映电网的电能质量水平， 找出电网中造成电能质量谐波及故障的 原因，采取相应的措施，为保证电网的安全、稳定、经济运行提 供重要的保障。 佶孚y 曰

流器是 种通过对整流器本身进行改造，使其尽量不产生谐波，