摘 要：隨著越來越多的人防工程被開發(fā)利用，在低壓配電系統(tǒng)中出現(xiàn)了許多非線性負(fù)載，如：變頻空調(diào)機(jī)、恒流穩(wěn)壓給水裝置等，這些非線性負(fù)載會(huì)引起系統(tǒng)內(nèi)電流、電壓波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生大量的高次諧波，配電網(wǎng)諧波的危害日漸明顯，諧波治理已不容忽視。因此，分析引發(fā)諧波畸變的各類擾動(dòng)源，并針對諧波畸變的危害提出相應(yīng)的防范措施，對低壓配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重要意義。

關(guān)鍵詞：低壓配電；諧波分析；諧波抑制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.170

1 低壓配電的諧波問題現(xiàn)狀

低壓配電系統(tǒng)諧波污染主要危害：（1）由于諧波電壓在許多情況下能使正弦波變得更尖，不僅導(dǎo)致變壓器、電容器等電氣 設(shè)備的磁滯及渦流損耗增加， 而且使絕緣材料承受的電壓力增大； 再者，諧波電流能使變壓器的銅耗增加，所以變壓器在嚴(yán)重的諧波負(fù)荷下將產(chǎn)生局部過熱、噪聲增大現(xiàn)象，從而加速絕緣老化，縮短變壓器等電氣設(shè)備的使用壽命，降低供電可靠性；（2）導(dǎo)致電力電纜發(fā)熱，在三相對稱回路中，三次諧波在三相導(dǎo)線中相位相同，在中性線上疊加后產(chǎn)生了3倍于相線的諧波電流和諧波電壓，導(dǎo)致了中性線溫度升高。大量的OA設(shè)備及電子式熒光燈使三次諧波在系統(tǒng)中的占有率增大，因此，諧波引起中性線發(fā)熱的問題值得關(guān)注。當(dāng)高頻電流通過導(dǎo)線時(shí)，線路集膚效應(yīng)加重，線路外表面電流密度加大，就會(huì)導(dǎo)致線路（相線及中性線）發(fā)熱。（3）當(dāng)配電線路與通訊線路平行或相距較近時(shí)，由于兩者之間存在靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，容易形成電場耦合和磁場耦合，三次諧波分量效應(yīng)更顯強(qiáng)烈，并在通訊系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生聲頻干擾。

2 低壓配電的諧波問題分析

諧波是一種電源能量變化現(xiàn)象，可能導(dǎo)致設(shè)備故障。諧波是周期波的正弦分量，其頻率是基頻的倍數(shù)。諧波可能導(dǎo)致計(jì)算機(jī)設(shè)備鎖定或?qū)е聰?shù)據(jù)變?yōu)閬y碼，并導(dǎo)致變壓器，電機(jī)和中性線過熱。線性負(fù)載在整個(gè)波形中均勻地吸收電流。諸如開關(guān)電源的非線性負(fù)載僅在波的峰值處汲取電流。電流諧波不會(huì)傳播通過系統(tǒng)，電壓諧波將通過系統(tǒng)傳播，因?yàn)樗鼈兛梢酝ㄟ^變壓器。隨著非線性電流增加，它們可能導(dǎo)致電壓中的諧波。在智能電網(wǎng)中，第5和第7諧波是畸變問題的最主要原因。這些諧波將容易導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)配電變壓器過熱，燃燒中性導(dǎo)體，并在最壞的可能時(shí)間自然失效。在生產(chǎn)過程中替換變壓器的加擾，無論該生產(chǎn)是數(shù)據(jù)處理還是裝配線，是非常昂貴的。損傷諧波是基波60Hz的奇數(shù)階頻率，電子非線性負(fù)載是產(chǎn)生諧波的原因，非線性負(fù)載范圍從小型插入式電源到工廠中的大型自動(dòng)化設(shè)備。

低壓配電中常見的諧波為三次諧波。在電力系統(tǒng)中，諧波是基波的倍數(shù)。因此，三次諧波頻率是基波的三倍。這種諧波在非線性負(fù)載中產(chǎn)生，非線性負(fù)載的例子包括晶體管、電動(dòng)機(jī)和非理想變壓器。非線性負(fù)載產(chǎn)生基波干擾和各種諧波。由于功率系統(tǒng)的電流電壓有一定的特性，我們專注于三次諧波。三次諧波電源由三相系統(tǒng)提供，每相相位相差120度。這是由于兩個(gè)原因：首先是因?yàn)橛捎谙嚯娫吹霓D(zhuǎn)矩恒定，使用三相的發(fā)電機(jī)或者電動(dòng)機(jī)更有效率，其次是因?yàn)樵谙蜇?fù)載供電之后，理論上可以添加三相放到中性線上并相互抵消。這樣可以節(jié)省電力回收線路到發(fā)電廠。然而，如果3相包含3階諧波，則電流將不會(huì)完全加到零，三次諧波將在其他階段內(nèi)與三次諧波相加。這導(dǎo)致中性線中的振蕩電流，這可能是危險(xiǎn)的，因?yàn)樗辉O(shè)計(jì)以承載最小的電流。為了避免三次諧波加在一起使用三角形連接，電流在三角形中循環(huán)，而不是組合到星形連接的中線。

3 諧波抑制策略

采用靜態(tài)無功補(bǔ)償器（SVC）和有功功率濾波器（APF）的組合系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有功率因數(shù)校正、電壓穩(wěn)定和諧波抑制功能。由三角形連接晶閘管控制電抗器（TCR）和Y型無源濾波器（PPF）組成的SVC主要用于電壓穩(wěn)定和功率因數(shù)校正。APF用于對SVC中的非線性負(fù)載和TCR產(chǎn)生的諧波進(jìn)行濾波，并抑制電網(wǎng)與PPF之間的共振。根據(jù)這樣的組合系統(tǒng)的配置和原理，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行組合系統(tǒng)的控制方法分析。將靜態(tài)或動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償應(yīng)用于從二極管或晶閘管轉(zhuǎn)換器解決供應(yīng)直流電源的工業(yè)電力系統(tǒng)的問題。功率電容和系統(tǒng)電抗之間的共振可以產(chǎn)生由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的諧波電流引起的高次諧波電壓。通過使用合適的濾波器，可以使這些諧波電壓和調(diào)節(jié)系統(tǒng)之間的相互作用最小化。這些濾波器的設(shè)計(jì)應(yīng)消除電力系統(tǒng)與負(fù)載之間的相互作用，并減少諧波電流。

在用于從AC電源向以單相方式連接的可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器供電的配電系統(tǒng)中，用于基本上消除系統(tǒng)的電源線中的諧波電流。該器件包括一個(gè)完全被動(dòng)的并聯(lián)諧振電路，它具有并聯(lián)連接的三個(gè)無源電分支，并且在AC源的基頻的三次諧波頻率處具有幾乎無限的阻抗，以防止形成三次諧波頻率，從而把三次諧波電流作為熱量去除或消散。三個(gè)無源電分支包括由電容器組成的第一分支，由反應(yīng)器組成的第二分支和由電阻器組成的第三分支，并聯(lián)諧振電路與至少一個(gè)電源線電連接。通過使用串聯(lián)連接的電感和電容器組的電壓源功率轉(zhuǎn)換器作為新型有源電力濾波器。電源轉(zhuǎn)換器被控制以產(chǎn)生經(jīng)由串聯(lián)的電感器和電容器組被轉(zhuǎn)換成補(bǔ)償電流的補(bǔ)償電壓。補(bǔ)償電流流入供電器以抑制非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流。將新組合系統(tǒng)與經(jīng)典SVC進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)室的200 kVA原型中可以實(shí)現(xiàn)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，組合配置可有效穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，校正功率因數(shù)，抑制諧波電流。

4 總結(jié)與展望

在低壓配電系統(tǒng)中，做好諧波分析與處理，對不正常的諧波進(jìn)行及時(shí)處理，采用靜態(tài)無功補(bǔ)償器（SVC）和有功功率濾波器（APF）的組合系統(tǒng)可以對其進(jìn)行抑制與平波處理，效果顯著，可以進(jìn)行推廣使用。

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作者簡介：張志勇（1978-），男，山東高唐人， 大專，助理工程師，車間主任，研究方向：10KV配電運(yùn)行及低壓配電維護(hù)。