电力系统的谐波特性与控制

电力系统的谐波特性及控制

张文从电力系统谐波、电网污染和综合治理的实际工程问题出发，通过分析内外发展趋势，总结目前普遍关注的研究课题，探讨了谐波综合治理的规律和方法，并对应用基础研究提出了一些建议。[关键词]电力系统谐波；电网污染；综合控制

自20世纪80年代以来，电力电子学逐渐成为一门新兴的交叉学科，相应的现代电力电子技术也发展迅速。然而，由于电力电子装置是一种非线性时变拓扑负载，其造成的谐波污染对电力系统的安全、稳定和经济运行构成潜在威胁，并对周围的电气环境产生巨大影响，被公认为电网的重大公害。因此，电力系统谐波及其控制的研究已经摆在电力科技工作者面前。1.研究电力系统谐波的意义在传统的电力系统中，正弦波的畸变由来已久。因为它的威力比较小，危害不明显。然而，现代电力系统对电能的形式提出了新的要求，具体体现在通过电力电子器件引入电力转换技术来控制电力电子的通断流动，以满足用户对频率、电压、电流、波形和相数的要求。还应注意的是，随着超大容量电力电子设备的使用，现代电力系统正试图将其快速和实时可控性应用于电网的电力传输和运行，并且在电力领域出现了具有先特特征的新兴应用，例如动态无功功率补偿(ASVG、STATCOM)、有源电力滤波器(APE)、可控移位装置(TCPA)和统一潮流控制(UPFC)。据内专家统计，我目前的电能有30%是用户经过各种电力改造后使用的。但电源与用电设备之间的非线性接口电路实现了功率控制和处理，所有的电力电子器件都不可避免地产生非正弦波形，将谐波电流注入电网，严重扭曲了公共耦合点(PCC)的电压波形，产生强烈的电磁干扰(EMI)。随着电力转换设备容量的不断增加、应用数量的快速增加和控制方法的多样化，电力电子设备潜在的负面影响日益突出。随着谐波问题逐渐被人们认识和理解，对其原因的探索、计算方法的分析、危害和影响的机理、测量和评价标准的制定以及综合治理的实施也在不断深入。研究发现，电力系统谐波作为电工学的一个分支技术，也广泛渗透和交叉其他相关学科。它是一门新兴的交叉学科，也是一个有待加强的重点研究方向。近年来，世界科技界普遍关注两大问题，称为世界主义，即能源(节能、合理开发和应用)和环境(意识、改善和环境保护)。工业电力公司是一个生产较佳能源产品的大型系统(电力的生产、传输、分配和转换同时进行)。如何满足电力负荷对有效能量转换的需求，已成为电力系统日益关注的焦点。然而，在合理有效地利用电能方面，原有的传统电能形式受到了极大的限制和制约(甚至浪费)。利用电力电子器件等高新技术，电能的高效利用已经被越来越多的人所认识。例如，充分利用频率资源，通过变频调速可以快速灵活地改变机械传动改变旋转电机转速(低效率)的原始过程，利用高频启动电路实现的开关DC电源可以大大降低铁磁材料的消耗，显著减小设备尺寸。然而，随着电力电子器件的使用，谐波问题反过来降低了变换器电路的功率因数，导致效率降低，这与能量的合理有效利用背道而驰。因此，相应的改进措施必然成为另一个重要的研究课题。谐波问题伴随着电力电子技术的出现。谐波的负面效应或与经典正弦波形相反的结果给电气环境带来了很大的公害，即谐波污染。这类似于 #p#分页标题#e#

谐波的污染和危害主要表现在对电力和信号的干扰和影响：(1)电力危害1。了解旋转电机附加谐波损耗(换流干式变压器过载)，使其发热，缩短使用寿命；2.谐波谐振过电压，造成电气元件和设备的故障和损坏；3.使电能计量的原有定义和方法不适用。(2)信号干扰方面，1。信号系统产生电磁干扰，降低电话通信质量；2.重要、灵敏的自动控制和保护装置混乱；3.影响电源处理器的正常运行。二、谐波的综合治理关于谐波综合治理中“综合”的内涵，有人认为是用广泛而普遍的推广来描述的；有人认为用收藏和整合的方式来表达更实际；笔者认为，综合治理工作应包括以下两个方面：(1)加强科学合法管理。1)供电部门应从全系统出发，统筹规划，采取有效措施加强技术监督管理，审核拟投入负荷的谐波水平，要求用户根据已投入运行的谐波源负荷安装滤波装置；2.法律和经济约束被广泛采用，以改变污染在处理前的被动局面。比如电力设备和电子设备的技术规范要有谐波含量指标，设备不能超过家规定的指标，否则不得出厂，不得在电力系统中投入使用。(2)采取有效的技术措施1。抑制谐波电流的产生和注入；2.提高装置的功率因数和无功补偿；3.合理选择过滤器的较佳安装位置；4.消除电磁干扰和电磁兼容性；5.各种补偿功能的综合处理。从某种意义上说，电力谐波的防治主要针对供电系统的谐波源。然而，严重的谐波污染是多种谐波源共同作用的结果。因此，在用户采取措施时，先先要解决谐波指标分配和公共耦合点(PCC)滤波器安装的问题。其次，要加强抑制效果的检测和评估，实时准确地监控形状质量。这两方面的实施都会遇到很大的困难和障碍。3.内外谐波研究动态(1)共同关心的研究问题1。对变流器的谐波源进行广泛深入的研究。比如提出空间矢量法，使PWM变换器产生的谐波功率较小；针对非对称触发式交流/DC变换器，提出了一种采用离散小信号模型的分析方法。在测量技术中，提出了在不同谐波条件下提高谐波测量精度的方法。开发了多通道谐波

波分析仪和电能质量测量仪等；3.在分析与计量技术方面，分析了电网参数变化、模型与元件参数的精度对谐波计算的影响；针对非稳态波形畸变，寻求新的数学方法，如近年发展较快的小波变换等；4.在滤波技术上，提出了时域/频域相结合的参数设计和修正方法；提出了无源与有源混合电路结构，研制了具有综合性能的新型电力线调节器。（二）目前更为关注的研究方向1.谐波抑措施，对无源与有源滤波混合方式的研究更加广泛和深入。认为混合滤波器可降低治理投资、改善传统滤波器的技术性能，是未来抑制谐波的应用方向；2.电能质量测量和评估方法，对测量评估中涉及到一些电气参数重新进行了定义，继续提出新的测量方法和测量手段；3.提出了混合牛顿-高斯算法，并采用并联校正技术以改善收敛性；研究了电网中装设滤波器的较佳安装位置；4.对特殊非线性负载作了更深入的分析，如谐波对交流电机的噪声与振动影响、提出了采用卡尔曼滤波预测电弧炉负载条件下的电压闪变等问题。1996年召开的第7届际会议的论文集，对广义瞬时无功理论开展了更深入的探讨；对有源电力滤波器及其优化设置、电能质量的小波变换分析方法和各种负荷对电能质量的影响等问题进行了广泛研究。四、建议通过以上对电力系统谐波问题的认识和分析，结合外谐波研究的发展动向，建议我应在以下几方面加强研究：(1)有源电力滤波器（APE）检测算法和控制算法及新理论的研究；(2)电力系统谐波补偿新型电力线调节器的研究；(3)有源与无源滤波混合方式的补偿的研究；(4)畸变波形的评估方法，谐波标准规范化和实用化的研究；(5)各种电力电子装置和非线性负载谐波特性的研究；(6)电能质量监测方法和仪器；(7)谐波潮流的计算和滤波器容量及较佳安装位置的设定；(8)功率因数和波形校正器；(9)PWM技术在改善波形质量上的作用；(10)功率半导体材料技术的研究和开发。五、结语现代电力系统具有功率处理与控制的特点，与传统电力系统相比，由于大量电力电子装置的投入，造成了日益严重的谐波污染问题，对谐波的综合治理已迫在眉睫。谐波问题的研究涉及到许多相关学科，因此，必须努力加强在应用基础方面的研究工作，跟踪并赶超世界发达家在谐波治理方面的先进技术，推动我电力系统谐波综合治理的进程。【参考文献】[１]许克明，徐云，等.电力系统高次谐波[M].重庆：重庆大学出版社，1991.#p#分页标题#e#

来源：中电力谐波监测及滤波工程技术网