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          智能電網的潛在威脅竟然是電網諧波

          時間:2016-01-25 點擊:


                  關鍵詞: 電網諧波  電能質量  變壓器


          智能電網是建立在一個良好的電網基礎之上的,那電網中最隱蔽,最危險的殺手——諧波到底是怎么產生的,它的存在對智能電網的影響以及如何抑制它呢?

          1)系統角度,諧波會導致一些不正?,F象:一是超高壓長線上,諧波電流若較大,潛供電弧熄滅會被延緩,單相重合閘可能會失敗,擴大事故,消弧線圈接地的系統中同樣存在這個問題;二是諧波分量較大的時候,可能引起保護誤動或拒動,如零序三次諧波過大,可能引起接地保護誤動;三是計量和測量誤差,尤其對過零檢測相位的表計來說,更為嚴重。

          (下圖為三次諧波導致零線過熱)

          2)諧波引起設備的附加損耗,降低效率。尤其是對電容器組的影響,隨著頻率的提高,其介質損耗會明顯增加;對輸電線路來說,由于諧波頻率高和趨膚效應的原因,線路電阻會增加,因而引起附件線損;同時變壓器和電機等,都會引起一定附加的銅耗和鐵損,產生局部過熱。

          3)加速絕緣老化,很大縮短設備壽命。諧波作用下,絕緣老化物理過程明顯加劇,對電纜,電容器等危害很大。

          4)可能產生局部的串聯或并聯諧振,并放大諧波水平。從而導致諧波支路中的設備因過電壓或過電流而損壞。(下圖為一簡單LC并聯諧振示意圖)

          5)諧波對通信系統的干擾。若諧波頻率接近載波頻率,電力線載波通信和遠動裝置信號傳輸會被一定程度干擾,此外通過電磁、靜電和耦合途徑,也會對平行敷設的通信線路產生干擾。

          至于措施,在技術經濟條件允許的情況下,可以采取以下:

          1)增大電網公共接點(PCC)處的短路容量,降低系統諧波阻抗。

          這是系統接入角度所要考慮的問題,而且是基礎且重要的。(并不是有些答友說的不具操作性,答這種問題最好不要僅站在設備角度回答)

          比如,靠近發電廠處短路容量大,即基波和諧波短路阻抗小,同樣電壓等級允許的諧波電流就大。也就是說注入電網相同的諧波電流時,此諧波電流在較小的諧波阻抗上、產生的諧波電壓比較小。如浙江衙州化工廠裝有許多甚大的非線性負荷,但該廠擁有較大機組的自備電廠,系統短路容量較大,結果諧波電壓并不高,均未超標;反之如臨海電化廠僅有2000kW的非線性負荷,但該廠處在電網末端,諧波阻抗較大,諧波電壓竟超標許多。

          再比如,一般較高電壓等級母線的短路容量比較低電壓等級大,具有承擔較大諧波的能力。有時一臺3噸電弧爐若從l0kV母線供電,諧波電流往往超標,若改用35kV母線供電,諧波電流可能合格,故必要時應適當升高諧波源用戶供電的電壓等級。

          所以一般的做法是盡量將諧波源用戶的諧波源及非諧波源用電設備分配到不同的供電母線上,以減少諧波對本廠電氣設備的影響。

          2)采用交流濾波器和有源濾波器,補償諧波電流。

          這是目前普遍采用的做法。

          在諧波源設備已確定的情況下,對用戶側進行諧波治理通常采取接入無源濾波器或有源濾波器。這是目前電力系統使用最廣泛的抑制諧波方法。

          加裝無源濾波器。

          無源濾波器安裝在電力電子設備的交流側,由L、C、R元件構成無源網絡,吸收負載產生的諧波電流。具有成本低、效率高、結構簡單、運行可靠及維護方便等優點。

          低成本的無源濾波器是至今為止使用最為廣泛的補償裝置,其主要缺點是補償特性受電網阻抗和運行狀態影響,易和系統發生并聯諧振,致使諧波放大使無源濾波器過載甚至燒毀。此外,它只能消除特定次諧波,整個裝置占地面積大,所以濾波研究方向逐步轉向有源濾波器。

          加裝有源濾波器,APF(ACactivePowerFilter)。

          APF能對幅值和頻率都變化的諧波及變化的無功進行補償。利用可控的功率半導體器件向電網注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流,使電源的總諧波電流為零,實時補償諧波電流。

          與無源濾波器相比,APF具有高度可控性和快速響應性,能補償各次諧波,可抑制閃變、補償無功,有一機多能的特點;在性價比上較為合理;濾波特性不受系統阻抗的影響,可消除與系統阻抗發生諧振的危險;具有自適應功能,可自動跟蹤補償變化著的諧波。

          還有就是裝設靜止無功補償裝置。

          在網側投入無功補償裝置是用來補償由諧波造成的無功功率,從而提高功率因數。另外,無功補償裝置中通過電感和電容的合理設置,可在某次頻率點產生諧振,即可對該頻率的諧波實現濾波??捎行p少波動的諧波量。

          動態無功補償目前算是比較好點的設備。比如SVG產生指定的諧波來補償負荷中的電流諧波,實現諧波補償的目的,當然這個功能是次要的的,主要還是無功補償。

          3)增加換流裝置的脈波數,減少諧波電流發生。

          降低諧波源的諧波含量也就是在諧波源上采取措施,最大限度地避免諧波的產生。這種方法比較積極,能夠提高電網質量。

          比如增加換流裝置的脈動數,換流裝置是主要諧波源之一,產生的諧波主要集中在特征諧波,特征頻譜為:n=kp士1,則可知脈動數p增加,n也相應增大,而工n、工l/n,故諧波電流將減少。

          再比如利用脈寬調制(PWM)技術,PWM技術,就是在所需的頻率周期內,通過半導體器件的導通和關斷把直流電壓調制成等幅不等寬的系列交流電壓脈沖,可達到抑制諧波的目的。若要消除某次特定諧波,可在控制PWM輸出波形的各個轉換時刻,保證四分之一波形的對稱性,根據輸出波形的傅里葉級數展開式,使需要消除的諧波幅值為零,基波幅值為給定量。

          還有采用多電平變流技術,也稱整流電路的多重化,即將多個方波疊加,以消除次數較低的諧波,從而得到接近正弦波的階梯波。重數越多,波形越接近正弦波,但其電路也越復雜,因此該方法一般只用于大容量場合。該方法不僅可以減少交流輸入電流的諧波,同時也可以減少直流輸出電壓中的諧波幅值。如果把上述方法與PWM技術配合使用,則會產生很好的諧波抑制效果。

          這些屬于主動型諧波抑制方案,主要問題在于成本高、效率低。有時,電力電子系統中很高的開關頻率使PWM載波信號產生高次諧波,因此在設計主動型諧波抑制方案時,必須用EMI濾波器將高次諧波信號從系統中濾除。

          4)在設計中規避并聯電容和系統感抗的諧振問題。

          基本的技能點要點上,不然哪天因為這變電站里什么東西爆了,你就等著吧。(記得算過一次,某樞紐站的CT爆了,懷疑是因為諧振,當然最后算了不是)

          5)高壓直流輸電線路上串聯高頻阻塞裝置,阻塞高次諧波的傳播。

          在HVDC里用的比較多。

          濾波方法分為疏導法和阻塞法,疏導法如串聯調諧濾波器與主電路并聯,阻塞法如平波電抗器與主電路串聯,考慮經濟和濾波效果,交流側主要用交流濾波器,直流側用平波電抗器和直流濾波器。

           

          附國標中對諧波的要求: