抑制谐波与提高功率因素

抑制谐波与提高功率因素一、抑制谐波谐波的概念谐波是一系列的正弦波，其频率是基波的整数倍这一系列的正弦波中，存在无数种频率不同、幅值不同的频率波，这些正弦波会造成电力系统中的正弦电流以及电力系统电压不对称，对系统造成非常严重的危害。诸波的产生电力系统向非线性设备以及负荷设备供电时会产生高次谐波电力系统向这些设备传递和供给基波能量的同时，也将一部分的基波能量转换为谐波能量，进而产生高次谐波，这一系列高次谐波导致电力系统中的电压和电流波严重畸变，对电力系统的稳定性和安全性造成巨大的影响。谐波对公用电网的危害谐波使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，大量的三次谐波流过中性线会使线路过热甚至发生火灾。谐波影响各种电气设备的正常工作，使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短以致损坏。谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，会使1)和2)两项的危害大大增加，甚至引起严重事故。谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并使电气测量仪表计量不准确。谐波会对临近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。诸波的抑制1)主动型谐波抑制利用脉宽调制(PWM)技术：PWM技术，就是在所需的频率周期内，通过半导体器件的导通和关断把直流电压调制成等幅不等宽的系列交流电压脉冲，可达到抑制谐波的目的。若要消除某次特定谐波，可在控制PWM输出波形的各个转换时刻，保证四分之一波形的对称性，根据输出波形的傅里叶级数展开式，使需要消除的谐波幅值为零，基波幅值为给定量，组成非线性超越方程组计算各个开关通断时刻，达到消除指定谐波和控制基波幅值的目的oPwM技术的优点是在载波频率高时，输出中所含低次谐波分量很小，从而提供了功率因数。目前被采用的PWM技术有最优脉宽调制（OPWM）、改进正弦脉宽调制、△调制、跟踪型PWM和自适应PWM控制等。装用D，yn11接法的隔离变压器：其一次为三角形联结，3的奇次倍谐波在原边绕组内形成环流，不至于将谐波电流注入公共电网造成污染。此外，D,ynll联结组别变压器还能提供更小的零序阻抗，有利于切除单相接地故障。增加换流装置的脉动数：换流装置是电网中的主要谐波源之一，其产生的谐波主要集中在特征谐波，非特征谐波含量通常很少，特征频谱为:n=kp士1,则可知脉动数p增加，n也相应增大，而工n、工1/n,故谐波电流将减少。因此，增加整流脉动数，可平滑波形，减少谐波。例如:当脉动数由6增加到l2时，可有效的消除幅值较大的低频项，从而使谐波电流的有效值大大降低。2）被动型谐波抑制无源电力滤波器：原理：传统的补偿无功和抑制谐波的主要手段，一种用并联滤波器滤除谐波的典型电路结构，通常是根据所要实现的功能由电力电容器、电抗器和电阻组合。一个简单的串联LC电路与谐波源并联，应用其谐振原理，使某一次谐波在这个支路发生谐振，呈现低阻状态，使该次谐波电流不再流入电网，达到抑制该次谐波的目的。如果要滤除若干次谐波，就用若干个单调谐LC滤波器并联接到电网。优点：因其结构简单，电压和容量可以做得很大，在吸收谐波的基础上还可以补偿无功，改善功率因数；维护方便；造价低，运行费用也低；对某一次高次谐波吸收效果明显；设计和制造经验成熟。因此成为传统的补偿无功和抑制谐波的主要手段。缺点：在系统中为谐波提供一并联低阻通路，因此由于结构原理上的原因，在应用中存在着一些难以克服的缺点（1）只能抑制按设计要求规定的谐波成分，抑制较低次谐波的单调谐滤波器只对调谐点的滤波效果明显，而对偏离调谐点的谐波无明显效果。而实际工程设计时考虑到设计投资，不可能依靠增加滤波器的办法解决。（2）滤波特性受系统参数影响较大，滤波效果随系统运行情况而变化，当系统阻抗和频率波动时，滤波效果变差。特别是对电网阻抗和频率的变化十分敏感，在一个复杂的电力系统中，这两个参数的变化规律很难精确预知，因此一个实际的滤波器要达到理想的滤波效果是很难的。（3）当系统阻抗和频率变化时，可能与系统发生串联或者并联谐振，从而会产生谐波放大现象，使装置无法运行，甚至使整个滤波系统无法正常运行。有源电力滤波器：有源电力滤波器是一种能够弥补无源滤波器不足的一种新型谐波抑制设备，是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能对大小变化的谐波以及变化的无功进行补偿。它的基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。其应用可克服LC无源滤波器等传统谐波抑制和无功补偿方法的缺点，与传统无源滤波器相比，具有突出的优点，概括起来主要有：（1）实现了动态补偿，可对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功功率进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应。（2）可同时对谐波和无功功率进行补偿，补偿无功功率时不需要储能元件，补偿谐波时所需要储能元件容量也不大，且补偿无功功率的大小可做到连续调节。即使补偿电流过大，有源电力滤波器也不会发生过载，并能正常发挥补偿作用。（3）受电网阻抗的影响不大，不容易和电网阻抗发生谐振。（4）能跟踪电网频率的变化，故补偿性能不受电网频率变化的影响。（5）既可对一个谐波和无功源单独补偿，也可对多个谐波和无功源集中补偿。基于有源滤波器的上述优点，采用有源电力滤波器是对谐波进行抑制的一个发展趋势因而受到广泛的重视，对于保证电力系统运行的安全性、可靠性和经济性具有重要意义，具有广阔的应用前景。二、提高功率因素功率因素的定义在交流电路中，电压与电流之间的相位差（）的余弦叫做功率因数，用符号cos表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cos=P/S功率因数的大小与电路的负荷性质有关，如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感或电容性负载的电路功率因数都小于1。无功功率的危害1）无功功率会导致电流增大和视在功率的增加，导致设备容量的增加。2）无功功率增加，会使总电流增加，从而使设备和线路的损耗增加。3）无功功率使线路压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。功率因素的提高（1）提高自然功率因数。合理选择电器设备．避免变压器轻载运行，合理安排工艺流程，改善机电设备的运行状况。自然功率因数是在没有任何补偿情况下，用电设备的功率因数。提高自然功率因数的方法有：①合理选择异步电机；②避免电力变压器轻载运行；③合理安排和调整工艺流程，改善机电设备的运行状况;④在生产工艺条件允许的情况下,采用同步电动机代替异步电动机。（2）通过人工补偿提高功率因数。实际中可使用电路电容器或调相机，一般多采用电力电容器补偿无功，即：在感性负载上并联电容器——在感性负载上并联电容器的方法可用电容器的无功功率来补偿感性负载的无功功率，从而减少甚至消除感性负载于电源之间原有的能量交换。在交流电路中，纯电阻电路，负载中的电流与电压同相位，