淺談諧波及無(wú)源濾波與有源濾波
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諧波源及類(lèi)型
如果正弦交流電壓加在設備上，產(chǎn)生的電流卻不是正弦交流電流，這樣的設備就稱(chēng)為非線(xiàn)性阻抗設備，簡(jiǎn)稱(chēng)非線(xiàn)性設備。不是正弦波形的交流電就含有諧波成分，所以非線(xiàn)性設備也稱(chēng)為諧波源。
工業(yè)電網(wǎng)中主要的諧波源有三種類(lèi)型：三相橋式整流回路在每一相的正負波形上都會(huì )產(chǎn)生波形變化，一個(gè)周期里就有六個(gè)非正弦的波形，所以稱(chēng)為六脈波設備。六脈波設備的諧波很有規律，會(huì )產(chǎn)生六的倍數加減1次數的諧波，即5、7、11、13、17、19……次諧波，而且隨著(zhù)諧波次數升高諧波幅值會(huì )逐漸降低，所以通常只需要處理5、7、11、13次諧波。
這類(lèi)設備包括有三相橋式整流器的所有設備、比如直流驅動(dòng)器、變頻器、軟啟動(dòng)器，UPS電源等等，是目前工業(yè)用電設備中最常見(jiàn)的一類(lèi)諧波源。
類(lèi)似工業(yè)電弧爐這樣的設備工作時(shí)，電流波形變化很頻繁，會(huì )分解出次數和幅值不斷變化的諧波。
諧波容易使電網(wǎng)與補償電容器之間發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波電流放大幾倍甚至幾十倍，造成過(guò)電流，引起電容器、與電容器相連的電抗器和電阻器的損壞，甚至引起嚴重事故。
諧波會(huì )導致繼電保護和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作、熔絲非正常熔斷，同時(shí)也會(huì )導致電氣測量?jì)x表計量不準確。
諧波會(huì )造成變壓器、電動(dòng)機等機械振動(dòng)，噪聲、溫升顯著(zhù)增加，絕緣壽命縮短。
諧波會(huì )引起設備和線(xiàn)路額外發(fā)熱，增加損耗、加速絕緣老化、降低使用壽命。
諧波能延緩電弧熄滅，造成事故擴大。
諧波導致三相四線(xiàn)系統中的中線(xiàn)電流顯著(zhù)增加，引發(fā)系統故障甚至事故。
諧波通過(guò)電磁感應和傳導耦合等方式會(huì )對鄰近的通信系統產(chǎn)生干擾，輕者引進(jìn)噪聲，降低通信質(zhì)量;重者導致信息丟失，使通信系統無(wú)法正常工作。
諧波會(huì )引起生產(chǎn)設備運行不穩定，造成產(chǎn)品不合格率上升，降低企業(yè)效益。
諧波影響各種電氣設備的正常工作。據統計，由于諧波而破壞的電氣設備中，并聯(lián)電容器約占70%，其中串聯(lián)電抗器約占30%。
目前諧波治理的技術(shù)主要有無(wú)源濾波技術(shù)和有源濾波技術(shù)兩種。
無(wú)源濾波技術(shù)是目前應用最為廣泛的諧波抑制手段，它是按照希望抑制的諧波次數專(zhuān)門(mén)量身制造的，采用電感、電容的調諧原理，將諧波陷落在濾波器中，以減少對電網(wǎng)的注入。無(wú)源濾波裝置結構簡(jiǎn)單，成本較低，技術(shù)已比較成熟，市場(chǎng)占有率高，其特點(diǎn)主要表現在以下幾個(gè)方面：
1、可實(shí)現快速響應，20ms內跟蹤負載變化，補償量一步到位動(dòng)態(tài)補償；
2、能消除特定的幾次諧波，濾波能力能達到70%左右，而對其他次諧波有抑制放大的作用；
3、采用過(guò)零投切技術(shù)，投切時(shí)，無(wú)火花、無(wú)涌流、無(wú)震蕩、無(wú)電弧、噪聲小等特點(diǎn)；
4、補償精度高，可以根據控制指令調節輸出不同容量電容（最低可補償1kVar無(wú)功），達到對電網(wǎng)的精細補償；
5、無(wú)功功率補償和諧波治理同時(shí)進(jìn)行，既提高電網(wǎng)功率因數，又對電網(wǎng)進(jìn)行諧波治理，恢復潔凈的配電電網(wǎng)；
有源濾波技術(shù)作為一種新型的諧波治理方法，是消除諧波污染、提高電能質(zhì)量的有效工具，主要表現在以下幾個(gè)方面。
1、實(shí)現了動(dòng)態(tài)補償，可對頻率和大小均變化的無(wú)功功率進(jìn)行補償，對補償對象的變化有極快的響應速度;
2、有源濾波裝置是一個(gè)高阻抗電流源，它的接入對系統阻抗不會(huì )產(chǎn)生影響，因此此類(lèi)裝置適合系列化，規?；a(chǎn);
3、當電網(wǎng)結構發(fā)生變化時(shí)裝置受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不存在與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振的危險，同時(shí)能抑制串并聯(lián)諧振
4、用同一臺裝置可同時(shí)補償多次諧波電流和非整數倍次的諧波電流，既可以對一個(gè)諧波和無(wú)功源進(jìn)行單獨補償，也可對多個(gè)諧波和無(wú)功源進(jìn)行集中補償
5、當線(xiàn)路中的諧波電流突然增大時(shí)有源濾波器不會(huì )發(fā)生過(guò)載，并且能正常發(fā)揮作用，不需要與系統斷開(kāi)
隨著(zhù)電網(wǎng)中非線(xiàn)性負荷及諧波源種類(lèi)及數量的增加，其產(chǎn)生的諧波也越來(lái)越嚴重，急需治理。低成本的無(wú)源濾波技術(shù)是目前普遍采用的治理諧波的方法，有源濾波技術(shù)可以對頻率和幅度都變化的諧波進(jìn)行治理，但存在初期投資大、運行效率低的缺點(diǎn)，為此，可以將有源濾波技術(shù)和無(wú)源濾波技術(shù)結合起來(lái)使用，既可以使有源濾波器量降低，又可降低無(wú)源濾波器技術(shù)參數，是一個(gè)很好的發(fā)展方向。
如果正弦交流電壓加在設備上，產(chǎn)生的電流卻不是正弦交流電流，這樣的設備就稱(chēng)為非線(xiàn)性阻抗設備，簡(jiǎn)稱(chēng)非線(xiàn)性設備。不是正弦波形的交流電就含有諧波成分，所以非線(xiàn)性設備也稱(chēng)為諧波源。
工業(yè)電網(wǎng)中主要的諧波源有三種類(lèi)型：三相橋式整流回路在每一相的正負波形上都會(huì )產(chǎn)生波形變化，一個(gè)周期里就有六個(gè)非正弦的波形，所以稱(chēng)為六脈波設備。六脈波設備的諧波很有規律，會(huì )產(chǎn)生六的倍數加減1次數的諧波，即5、7、11、13、17、19……次諧波，而且隨著(zhù)諧波次數升高諧波幅值會(huì )逐漸降低，所以通常只需要處理5、7、11、13次諧波。
這類(lèi)設備包括有三相橋式整流器的所有設備、比如直流驅動(dòng)器、變頻器、軟啟動(dòng)器，UPS電源等等，是目前工業(yè)用電設備中最常見(jiàn)的一類(lèi)諧波源。
類(lèi)似工業(yè)電弧爐這樣的設備工作時(shí)，電流波形變化很頻繁，會(huì )分解出次數和幅值不斷變化的諧波。
非線(xiàn)性的單相設備，比如帶有單相整流環(huán)節的電子儀器等等，因為三相不對稱(chēng)原因會(huì )在零線(xiàn)上形成3次零序諧波。
諧波容易使電網(wǎng)與補償電容器之間發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波電流放大幾倍甚至幾十倍，造成過(guò)電流，引起電容器、與電容器相連的電抗器和電阻器的損壞，甚至引起嚴重事故。
諧波會(huì )導致繼電保護和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作、熔絲非正常熔斷，同時(shí)也會(huì )導致電氣測量?jì)x表計量不準確。
諧波會(huì )造成變壓器、電動(dòng)機等機械振動(dòng)，噪聲、溫升顯著(zhù)增加，絕緣壽命縮短。
諧波會(huì )引起設備和線(xiàn)路額外發(fā)熱，增加損耗、加速絕緣老化、降低使用壽命。
諧波能延緩電弧熄滅，造成事故擴大。
諧波導致三相四線(xiàn)系統中的中線(xiàn)電流顯著(zhù)增加，引發(fā)系統故障甚至事故。
諧波通過(guò)電磁感應和傳導耦合等方式會(huì )對鄰近的通信系統產(chǎn)生干擾，輕者引進(jìn)噪聲，降低通信質(zhì)量;重者導致信息丟失，使通信系統無(wú)法正常工作。
諧波會(huì )引起生產(chǎn)設備運行不穩定，造成產(chǎn)品不合格率上升，降低企業(yè)效益。
諧波影響各種電氣設備的正常工作。據統計，由于諧波而破壞的電氣設備中，并聯(lián)電容器約占70%，其中串聯(lián)電抗器約占30%。
諧波電流使電力系統中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電、用電的使用效率。
目前諧波治理的技術(shù)主要有無(wú)源濾波技術(shù)和有源濾波技術(shù)兩種。
無(wú)源濾波技術(shù)是目前應用最為廣泛的諧波抑制手段，它是按照希望抑制的諧波次數專(zhuān)門(mén)量身制造的，采用電感、電容的調諧原理，將諧波陷落在濾波器中，以減少對電網(wǎng)的注入。無(wú)源濾波裝置結構簡(jiǎn)單，成本較低，技術(shù)已比較成熟，市場(chǎng)占有率高，其特點(diǎn)主要表現在以下幾個(gè)方面：
1、可實(shí)現快速響應，20ms內跟蹤負載變化，補償量一步到位動(dòng)態(tài)補償；
2、能消除特定的幾次諧波，濾波能力能達到70%左右，而對其他次諧波有抑制放大的作用；
3、采用過(guò)零投切技術(shù)，投切時(shí)，無(wú)火花、無(wú)涌流、無(wú)震蕩、無(wú)電弧、噪聲小等特點(diǎn)；
4、補償精度高，可以根據控制指令調節輸出不同容量電容（最低可補償1kVar無(wú)功），達到對電網(wǎng)的精細補償；
5、無(wú)功功率補償和諧波治理同時(shí)進(jìn)行，既提高電網(wǎng)功率因數，又對電網(wǎng)進(jìn)行諧波治理，恢復潔凈的配電電網(wǎng)；
有源濾波技術(shù)作為一種新型的諧波治理方法，是消除諧波污染、提高電能質(zhì)量的有效工具，主要表現在以下幾個(gè)方面。
1、實(shí)現了動(dòng)態(tài)補償，可對頻率和大小均變化的無(wú)功功率進(jìn)行補償，對補償對象的變化有極快的響應速度;
2、有源濾波裝置是一個(gè)高阻抗電流源，它的接入對系統阻抗不會(huì )產(chǎn)生影響，因此此類(lèi)裝置適合系列化，規?；a(chǎn);
3、當電網(wǎng)結構發(fā)生變化時(shí)裝置受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不存在與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振的危險，同時(shí)能抑制串并聯(lián)諧振
4、用同一臺裝置可同時(shí)補償多次諧波電流和非整數倍次的諧波電流，既可以對一個(gè)諧波和無(wú)功源進(jìn)行單獨補償，也可對多個(gè)諧波和無(wú)功源進(jìn)行集中補償
5、當線(xiàn)路中的諧波電流突然增大時(shí)有源濾波器不會(huì )發(fā)生過(guò)載，并且能正常發(fā)揮作用，不需要與系統斷開(kāi)
6、裝置可以?xún)H輸出所需要補償的高次諧波電流，不輸出基波無(wú)功功率，不但減小了有源濾波器的總容量，還可以避免輕負荷時(shí)發(fā)生無(wú)功倒送現象。
隨著(zhù)電網(wǎng)中非線(xiàn)性負荷及諧波源種類(lèi)及數量的增加，其產(chǎn)生的諧波也越來(lái)越嚴重，急需治理。低成本的無(wú)源濾波技術(shù)是目前普遍采用的治理諧波的方法，有源濾波技術(shù)可以對頻率和幅度都變化的諧波進(jìn)行治理，但存在初期投資大、運行效率低的缺點(diǎn)，為此，可以將有源濾波技術(shù)和無(wú)源濾波技術(shù)結合起來(lái)使用，既可以使有源濾波器量降低，又可降低無(wú)源濾波器技術(shù)參數，是一個(gè)很好的發(fā)展方向。
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