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電網(wǎng)污染和治理、無(wú)源濾波和有源濾波

瀏覽次數(shù):5055 次  發(fā)布時(shí)間:2018-07-05  

    電力電子新聞綜述(十七)通過(guò)一個(gè)實(shí)例引入電網(wǎng)被高次諧波污染的概念。簡(jiǎn)單扼要介紹了它的發(fā)生、危害和治理方法。在上次討論的基礎(chǔ)上,本文匯集了幾篇典型報(bào)道的要點(diǎn),再作重點(diǎn)介紹。

    諧波治理就像環(huán)境污染治理一樣。舉例說(shuō)明,化工企業(yè)大量產(chǎn)生有害化工物質(zhì),不經(jīng)治理排放到河道,使河道中水嚴(yán)重污染。該化工企業(yè)無(wú)奈又要使用河道中的水,但是不經(jīng)處理,河道中的水是無(wú)法使用的。這是客觀存在的惡性循環(huán)。

    先進(jìn)電子設(shè)備,諸如電力電子變頻、可控硅整流設(shè)備、數(shù)字通訊設(shè)備、電氣鐵路設(shè)備、各類UPS、大功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件、開(kāi)關(guān)電源等,還有電熔煉設(shè)備、電化學(xué)設(shè)備、礦井起重設(shè)備、電氣機(jī)車等都屬于非線性電源負(fù)荷。這些設(shè)備使得諧波電流不斷注入電網(wǎng),電力系統(tǒng)波形嚴(yán)重畸變。

    用電企業(yè)無(wú)奈用被污染的電源。這也是惡性循環(huán)!于是出現(xiàn)了自己污染必須自己治理的各項(xiàng)政策。


(一)有哪些治理電網(wǎng)諧波的政策?

     治理電網(wǎng)諧波是國(guó)家的一項(xiàng)既定政策。開(kāi)發(fā)這方面的產(chǎn)品,既是當(dāng)務(wù)之急,也是企業(yè)發(fā)展的一條重要途徑。這是既可利國(guó)又可為企業(yè)創(chuàng)利的雙贏政策

1,為了確保提供合格的電能質(zhì)量,國(guó)家及有關(guān)主管部門相繼頒發(fā)了一系列標(biāo)準(zhǔn)、條例和規(guī)定,以保證電網(wǎng)和用電設(shè)備免受諧波的危害。

2,公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

    電網(wǎng)是統(tǒng)一的整體,所有并網(wǎng)的發(fā)、送、供電設(shè)備和用電設(shè)備都必須接受電網(wǎng)諧波技術(shù)監(jiān)督管理。執(zhí)行公用電網(wǎng)諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的目的是把公用電網(wǎng)中的諧波量控制在允許范圍內(nèi),保證供電電能質(zhì)量,防止諧波對(duì)電網(wǎng)和用戶的各種電氣設(shè)備和用電器具造成危害,保持安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。公用電網(wǎng)的諧波應(yīng)象治理環(huán)境污染一樣重視公用電網(wǎng)諧波污染的治理。諧波治理要依法進(jìn)行,這個(gè)“法”就是《中華人民共和國(guó)電力法》和《電能質(zhì)量-公用電網(wǎng)諧波》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),任何單位和部門都必須認(rèn)真貫徹執(zhí)行。

     然而在公用電網(wǎng)諧波方面國(guó)內(nèi)國(guó)際只針對(duì)高次諧波有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),最高也只是21次諧波,而高頻高次諧波這一塊還沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

(二)諧波的危

     諧波增加了輸配電系統(tǒng)和用電設(shè)備的附加損耗——鐵損(包括磁滯損耗和渦流損耗)和銅損,使設(shè)備過(guò)熱,降低設(shè)備的效率和利用率。由于諧波電流的頻率為基波頻率的整數(shù)倍,高頻電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí),因集膚效應(yīng)的作用,導(dǎo)致導(dǎo)體對(duì)諧波電流的有效電抗增加,從而增加了設(shè)備的功率損耗、電能損耗,使導(dǎo)體的發(fā)熱嚴(yán)重。具體說(shuō)來(lái),以上現(xiàn)象存在于以下環(huán)節(jié):負(fù)載電機(jī)、變壓器、輸電線路、電力電子設(shè)備、電力電容器(包括補(bǔ)償電容)。


(三) 諧波的治

     治理諧波問(wèn)題,抑制輻射干擾和供電系統(tǒng)干擾,可采取屏蔽,隔離,接地及濾波等技術(shù)手段。濾波裝置又分無(wú)源濾波裝置或有源濾波裝


(四)無(wú)源濾波和有源濾

    消除諧波的設(shè)備要求頻譜范圍廣、能力要大、響應(yīng)時(shí)間要快而且使用方便、可靠、壽命長(zhǎng)等。

1,無(wú)源濾波裝

     無(wú)源濾波裝置出現(xiàn)最早,因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少、運(yùn)行可靠性較高以及運(yùn)行費(fèi)用較低,至今仍是諧波抑制的主要手段。LC濾波裝置是由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成,它包括三種基本形式:串聯(lián)濾波、并聯(lián)濾波和低通濾波串并混合)。其中串聯(lián)濾波主要適用于三次諧波的治理;低通濾波主要適用于高次諧波的治理;并聯(lián)濾波是與諧波源并聯(lián),除具有濾波作用外,還有無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?。這種方法的主要缺點(diǎn)是補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)影響,無(wú)源濾波裝置不能受控,它只能補(bǔ)償固定頻率的諧波。如果過(guò)濾不同的諧波頻率,則要分別用不同的濾波裝置。隨著時(shí)間的推移,配件老化或電網(wǎng)負(fù)載的變動(dòng),諧振頻率會(huì)發(fā)生改變,濾波效果下降,易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振,導(dǎo)致諧波放大,使LC濾波裝置過(guò)載甚至燒毀。目前,無(wú)源濾波裝置還是實(shí)際應(yīng)用最多、效果較好、價(jià)格較低的治理諧波的較好方案。

2,有源電力濾波裝置

   有源電力濾波裝置是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無(wú)功的新型電力電子裝置,這種濾波裝置能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償,且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。

    有源濾波裝置根據(jù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償諧波的原理,運(yùn)用電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù),快速跟蹤諧波源產(chǎn)生的諧波頻率、相位和幅值,由裝置向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相同、方向相反的電流,使流入電源的總諧波電流為零,其特性不受系統(tǒng)的影響,無(wú)諧波放大的危險(xiǎn),能同時(shí)濾除2至25次諧波,因而倍受關(guān)注。

     有源電力濾波裝置系統(tǒng)主要由指令電流檢測(cè)電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路這兩大部分組成。指令電流檢測(cè)電路的功能主要是從負(fù)載電流中分離出諧波電流分量和基波無(wú)功電流,然后將其反極性變化后發(fā)出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)。電流跟蹤控制電路的功能是根據(jù)主電路產(chǎn)生的補(bǔ)償電流,計(jì)算出主電路各開(kāi)關(guān)器件的觸發(fā)脈沖,此脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后作用于主電路。這樣電源電流中只含有基波的有功分量,從而達(dá)到消除諧波與進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康?。根?jù)同樣的原理,電力有源濾波裝置還能對(duì)不對(duì)稱三相電路的負(fù)序電流分量進(jìn)行補(bǔ)償。

    有源濾波裝置獲得比無(wú)源濾波裝置更好的治理效果,已逐漸成為諧波治理的重要技術(shù)手段和今后諧波治理領(lǐng)域的發(fā)展方向。

3,混合型有源濾波裝

    目前,出現(xiàn)了無(wú)源濾波裝置(LC濾波裝置)與有源濾波裝置互補(bǔ)混合使用的方式,充分發(fā)揮LC濾波裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn),有源電力濾波裝置補(bǔ)償性能好的優(yōu)點(diǎn),兩者結(jié)合使用,既可補(bǔ)償無(wú)功,又可補(bǔ)償諧波。可克服無(wú)源濾波易受電網(wǎng)參數(shù)影響及產(chǎn)生諧振的缺點(diǎn),使整個(gè)系統(tǒng)獲得良好的性能。


結(jié)論:

    有源濾波裝置具有同時(shí)消除多次諧波(2-25次)電流的能力,能實(shí)時(shí)、自動(dòng)跟蹤控制,既能高效消除諧波,又能動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功,改善三相不平衡度。而且不受系統(tǒng)運(yùn)行方式影響,不會(huì)產(chǎn)生諧波諧振,對(duì)電力系統(tǒng)適應(yīng)能力強(qiáng)。

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