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电力系统中谐波抑制方法
【摘 要】 本文主要针对世界公认的电力污染问题—谐波抑制方法的研究.通过几种常见的抑制措施进行分析比较,最后选择利用变压器方式来抑制谐波.
【关键词】 谐波 抑制 滤波器 变压器 旋转电机
电力系统中谐波是随着电子科学技术的发展而相继产生的,谐波的负面影响造成了电气环境的污染,因此研究电力系统谐波显得尤为重要.谐波可分为高次和低次两种谐波,其中高次谐波比低次谐波对电力系统危害更大,可总结为：在通信系统信号发射和接收方面,会产生电磁干扰,使得通讯质量明显下降,从而使得自动控制系统与保护装置方面的工作产生紊乱.在电力系统电机方面,使得旋转电机等的额外的谐波损耗增加,从而使其过热,使用寿命受到了影响.
因此,抑制谐波的方法是消除电力系统污染的首要问题下面将对几种常见的抑制措施进行分析：
一、无源滤波器与有源滤波器
无源滤波装置是指无源器件（电感、电容、电阻）构成的谐波治理和无功补偿装置.它通常是由若干个无源滤波器采用并联形式而成,每个滤波器在若干谐波频率附近呈现低阻抗,吸收相应的谐波电流分量,使得电力系统中的谐波电流分量减少,从而达到抑制谐波的目的.
有源滤波器主要采用了模拟和数字逻辑电路随时检测的闭环控制系统,对有谐波含量的系统进行电流的检测和注入,从而使得有源滤波器能够实时抑制谐波含量,并能补偿幅值和频率变化的谐波.因此,有源滤波器是谐波补偿未来的发展方向,并将逐步取代无源滤波器.但是,目前社会上使用有源滤波器抑制谐波的较少.
二、变压器
三相变压器绕组联接组别的接线方式和铁芯的结构直接影响到变压器的励磁电流波形的变化.使用三相芯式结构的变压器能够有效的抑制变压器本身所产生的谐波.根据工作情况的不同,合理选择变压器的联结方式将有效地阻断了高次谐波对电力系统的危害.
采用△ /Y 和Y/ △型接线多用于双绕组式整流变压器,能够有效的抑制谐波保护了整个电力系统.若选用的是△ /Y0型接线组别,这种连接形式虽然能够有效的谐波所带来的危害,但是由于通过中性线的是没有价值的零序分量组谐波电流,从而造成了变压器界限的复杂化.因此,在电力系统中选用这种连接形式来抑制谐波的机会很少.而选用Y0/ △连接方式能够保护低压侧且不接地设备,因为零序谐波分量通过原边中性线流入大地不仅给周围的用电系统带来危害,而且对变压器所连接的高压侧也会带来影响.对于在中性点较多的电力系统中,我们一般选用△ /Y0 的连接方式来抑制谐波.对于超高压变压器,根据设计角度的不同,可以增加一个平衡线圈,这个线圈采用三角形形式接线,从而更进一步防止了高次谐波的通过.因此,合理选择变压器的接线方式将有利于阻止高次谐波电流流进电力系统,从而保护了电力电子设备.通过上述分析进行比较后,得出采用△ /Y 和Y/ △连接方式的三相变压器可抑制三次谐波.
三、旋转电机
旋转电机由于本身的结构和工作情况的原因而产生谐波,因此合理选择同步发电机的分布绕组和短距线圈可以很好地减小谐波含量.只要线圈节距选择合适,使其相应的节距系数为零,就可以使单次谐波被完全消除.此外,在极靴中使用阻尼绕组使它涡流生成的磁通与反向旋转磁场生成的磁通相抵消,从而把它抑制在一个较低的水平.
四、改善供电环境
保持三相电网电压平衡的前提下,选择合理的供电电压,可以很好的减少对电网电压的影响.由高一级电网电压供电给谐波源,使得系统承受谐波的能力大大增加.这样抑制和消除高次谐波,可以对谐波源负荷采用特定的线路供电,减小谐波对其它负荷的影响.
五、谐波抑制方法比较
鉴于对以上几种谐波抑制方法的分析可以看出,无源滤波器虽然使用起来简单方便,但它的缺点也比较明显,不能完全滤除非特征谐波,仅仅能补偿一定频率的谐波分量,并且会与其它的频率谐波发生正反馈谐振,最终导致谐波含量进一步被放大；对于电容器组而言,滤除谐波时需要变换安装位置或改变谐振频率,这样就会使电力系统中电气设备个数增加和接线复杂化,体积笨重,使用起来很不方便.随着近几年,科技的飞速发展出现了利用有源滤波器来抑制谐波并且能有效地滤除高达50 次的谐波,但在当今社会使用比较少,由于昂贵,使得一些中、小型企业望而却步不敢使用 .为此,通过对以上介绍的几种抑制方式的综合比较分析,选择利用变压器方式来抑制谐波.因为变压器是典型的谐波源,而在电力系统中以及需要转换电压等级的电路中我们都会使用到变压器,变压器位于整个系统或电路的首端,由于变压器的铁芯的非线性,使得励磁电流发生严重的畸变,形成谐波,不仅危害了高压侧,而且谐波流进低压侧时,也将会给其它的电力电子设备造成危害.所以,我们将采用变压器△ /Y 或者Y/ △的接线方式来抑制谐波,能有效地将3倍数次谐波在变压器两端有效的消除,从而抑制住由变压器所产生的高次谐波给其它设备所带来的危害. 因此合理选择变压器的接线方式将有利于变压器阻止高次谐波流进电力系统,从而保护了用户.而且此方法简单,安全可靠,见效快.
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