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    淺談諧波與有源濾波器/APF的關系
    發布時間:2015-11-03

        諧波源及類型
        如果正弦交流電壓加在設備上,產生的電流卻不是正弦交流電流,這樣的設備就稱為非線性阻抗設備,簡稱非線性設備。不是正弦波形的交流電就含有諧波成分,所以非線性設備也稱為諧波源。
        工業電網中主要的諧波源有三種類型:三相橋式整流回路在每一相的正負波形上都會產生波形變化,一個周期里就有六個非正弦的波形,所以稱為六脈波設備。六脈波設備的諧波很有規律,會產生六的倍數加減1次數的諧波,即5、7、11、13、17、19……次諧波,而且隨著諧波次數升高諧波幅值會逐漸降低,所以通常 只需要處理5、7、11、13次諧波。
        這類設備包括有三相橋式整流器的所有設備、比如直流驅動器、變頻器、軟啟動器,UPS電源等等,是目前工業用電設備中最常見的一類諧波源。
        類似工業電弧爐這樣的設備工作時,電流波形變化很頻繁,會分解出次數和幅值不斷變化的諧波。
        非線性的單相設備,比如帶有單相整流環節的電子儀器等等,因為三相不對稱原因會在零線上形成3次零序諧波。
        1 .諧波對電力系統和各種電氣設備的危害
        諧波容易使電網與補償電容器之間發生并聯諧振或串聯諧振,使諧波電流放大幾倍甚至幾十倍,造成過電流,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。
        諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作、熔絲非正常熔斷,同時也會導致電氣測量儀表計量不準確。
        諧波會造成變壓器、電動機等機械振動,噪聲、溫升顯著增加,絕緣壽命縮短。
        諧波會引起設備和線路額外發熱,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。
        諧波導致三相四線系統中的中線電流顯著增加,引發系統故障甚至事故。
        諧波通過電磁感應和傳導耦合等方式會對鄰近的通信系統產生干擾,輕者引進噪聲,降低通信質量;重者導致信息丟失,使通信系統無法正常工作。
        諧波會引起生產設備運行不穩定,造成產品不合格率上升,降低企業效益。
        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,并聯電容器約占70%,其中串聯電抗器約占30%。
        諧波電流使電力系統中的元件產生了附加的諧波損耗,降低了發電、輸電、用電的使用效率。
        2 .諧波治理及無源濾波與有源濾波的區別
        目前諧波治理的技術主要有無源濾波技術和有源濾波技術兩種。
        無源濾波技術是目 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門量身制造的,采用電感、電容的調諧原理,將諧波陷落在濾波器中,以減少對電網的注入。無源 濾波裝置結構簡單,成本較低,技術已比較成熟,但是也存在著難以克服的缺陷:
        1、濾波特性受系統參數的影響較大,極易與系統或者其它濾波支路發生串并聯諧振;
        2、只能消除特定的幾次諧波,而對其他的某次諧波則會產生放大作用;
        3、濾波、無功補償、調壓等要求之間有時難以協調;
        4、諧波電流增大時,濾波器負擔隨之加重,可能造成濾波器過載,甚至損壞設備。
        5、有效材料消耗多,體積大。
        有源濾波技術作為一種新型的諧波治理方法,是消除諧波污染、提高電能質量的有效工具,與無源濾波技術相比,有著無可比擬的優勢,主要表現在以下幾個方面。
        1、實現了動態補償,可對頻率和大小均變化的無功功率進行補償,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高阻抗電流源,它的接入對系統阻抗不會產生影響,因此此類裝置適合系列化,規模化生產;
        3、當電網結構發生變化時裝置受電網阻抗的影響不大,不存在與電網阻抗發生諧振的危險,同時能抑制串并聯諧振
        4、補償無功功率時不需要儲能元件,補償諧波時所需要的儲能元件不大
        5、用同一臺裝置可同時補償多次諧波電流和非整數倍次的諧波電流,既可以對一個諧波和無功源進行單獨補償,也可對多個諧波和無功源進行集中補償
        6、當線路中的諧波電流突然增大時有源濾波器不會發生過載,并且能正常發揮作用,不需要與系統斷開
        7、裝置可以僅輸出所需要補償的高次諧波電流,不輸出基波無功功率,不但減小了有源濾波器的總容量,還可以避免輕負荷時發生無功倒送現象。
        3. 結束語
        隨著電網中非線性負荷及諧波源種類及數量的增加,其產生的諧波也越來越嚴重,急需治理。低成本的無源濾波技術是目前普遍采用的治理諧波的方法,此方法簡單, 但存在一定的缺陷。有源濾波技術可以對頻率和幅度都變化的諧波進行治理,但也存在初期投資大、運行效率低的缺點,為此,可以將有源濾波技術和無源濾波技術 結合起來使用,既可以使有源濾波器降低,又可彌補無源濾波器的缺陷,是一個很好的發展方向。
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