目前,國內(nèi)普遍采用提高變壓器質(zhì)量、增大電纜截面積、特別加大中性線電纜截面(等于線、相電纜截面的兩倍)以及選用整定值較大的斷路器、熔斷器等保護(hù)元件等辦法,不但不能從根本上消除諧波,反而降低了保護(hù)特性與功能,加大了投資浪費(fèi),增加供電系統(tǒng)的隱患。為減少供電系統(tǒng)的諧波問題,一般從管理上和技術(shù)措施上采取以下幾方面的對策:
1、貫徹執(zhí)行有關(guān)諧波的國家標(biāo)準(zhǔn),加強(qiáng)諧波管理:
認(rèn)真貫徹執(zhí)行有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于限制諧波的規(guī)定,就能從總體上控制供電系統(tǒng)中的諧波水平,保證供電系統(tǒng)供給優(yōu)質(zhì)的電力質(zhì)量。
2、增加換流裝置的相數(shù):
換流裝置是供電系統(tǒng)的主要諧波源之一。理論分析表明,換流裝置在其交流側(cè)與直流側(cè)產(chǎn)生的特征諧波次數(shù)分別為pk依1和pk(p為整流相數(shù)或脈動數(shù),k為正整數(shù))。當(dāng)脈動數(shù)由p=6增加到p=12時,可以有效的消除幅值較大的低頻項(xiàng),(其特征諧波次數(shù)分別為12k依1和12k),從而大大地降低了諧波電流的有效值。
3、增裝動態(tài)無功補(bǔ)償裝置,提高供電系統(tǒng)承受諧波的能力:
在技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析可行的條件下,可以在諧波源處裝設(shè)動態(tài)無功補(bǔ)償裝置:靜止無功補(bǔ)償裝置(SVC-StaticVarCompensator)或更先進(jìn)的靜止同步補(bǔ)償裝置(STATCOM Static SynchroncusCompen-sator),以獲得補(bǔ)償負(fù)荷快速變動的無功需求、改善功率因數(shù)、濾除系統(tǒng)諧波、減少向系統(tǒng)注入諧波電流、穩(wěn)定母線電壓、降低三相電壓不平衡度等,提高供電系統(tǒng)承受諧波的能力。
4、加裝濾波裝置(包括無源濾波和有源濾波裝置):
使用無源濾波器其主要是改變在特殊頻率下電源的阻抗,適用于穩(wěn)定、不改變的系統(tǒng)。而使用有源濾波器主要是用于補(bǔ)償非線性負(fù)載。
傳統(tǒng)的方式多選用無源濾波器,無源濾波器出現(xiàn)最早,因其結(jié)構(gòu)簡單、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濾波器是傳統(tǒng)的無源諧波抑制裝置,它由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成,與諧波源并聯(lián),除具有濾波作用外,還有無功補(bǔ)償?shù)淖饔?。這種裝置存在一些較難克服的缺點(diǎn),主要是容易過載,在過載時會被燒損,可能造成功率因數(shù)過引、償而被罰款曰另外,無源濾波器不能受控,因此隨著時間的推移,配件老化或電網(wǎng)負(fù)載的變動,會使諧振頻率發(fā)生改變,濾波效果下降。更重要的是無源濾波器只能過濾一種諧波成份(如有的濾波器只能濾除三次諧波),如果過濾不同的諧波頻率,則要分別用不同的濾波器,增加設(shè)備投資。
國內(nèi)外有多種有源濾波器,這種濾波器能對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。有源電力濾波器(APF)理論在20世紀(jì)60年代形成,后來著大中功率全控型半導(dǎo)體器件的成熟,脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制技術(shù)的進(jìn)步以及基于瞬時無功功率理論的諧波電流瞬時檢測方法的提出,有源電力濾波器得以迅速發(fā)展。其基本原理是從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流,由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流頻譜,以抵消原線路諧波源所產(chǎn)生的諧波,從而使電網(wǎng)電流只含有基波分量。其中核心部分是諧波電流發(fā)生器與控制系統(tǒng),即其工作靠數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)控制快速絕緣雙極晶體管(1GBT)來完成。
目前,在具體的諧波治理方面,出現(xiàn)了無源濾波器(LC濾波器)與有源濾波器互補(bǔ)混合使用的方式,充分發(fā)揮LC濾波器結(jié)構(gòu)簡單、易實(shí)現(xiàn)、成本低,有源電力濾波器補(bǔ)償性能好的優(yōu)點(diǎn),克服有源電力濾波器容量大、成本高的缺點(diǎn),兩者結(jié)合使用,從而使整個系統(tǒng)獲得良好的性能。
總之,一方面要嚴(yán)格限制諧波的發(fā)射水平。另一方面還要設(shè)法提高設(shè)備自身的抗諧波干擾的能力,改善諧波保護(hù)性能,以做到真正意義上的電磁兼容。
5、減少回路的阻抗及切斷傳輸線路法:
諧波產(chǎn)生的根本原因是由于使用了非線性負(fù)載,因此,解決的根本辦法是把產(chǎn)生諧波的負(fù)載的供電線路和對諧波敏感的負(fù)載的供電線路分開。由于非線性負(fù)載引起的畸變電流在電纜的阻抗上產(chǎn)生一個畸變電壓降,而合成的畸變電壓波形加到與此同一線路上所接的其它負(fù)載,引起諧波電流在其上流過。因此,減少諧波危害的措施也可從加大電纜截面積,減少回路的阻抗方式來實(shí)現(xiàn)。目前,國內(nèi)較多采用提高變壓器容量,增大電纜截面積,特別是加大中性線電纜截面,以及選用整定值較大的斷路器、熔斷器等保護(hù)元件等辦法,但此種方式不能從根本上消除諧波,反而降低了保護(hù)特性與功能,又加大了投資,增加供電系統(tǒng)的隱患。從中可知,可以將線性負(fù)載與非線性負(fù)載從同一電源,接口點(diǎn)(PCC)就開始由不同的電路供電,這樣可以使由非線性負(fù)載產(chǎn)生的畸變電壓不會傳導(dǎo)到線性負(fù)載上去。這是目前治理諧波問題較為理想的解決方案。
6、使用無諧波污染的綠色變頻器:
綠色變頻器的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是:輸入和輸出電流都是正弦波,輸入功率因數(shù)可控,帶任何負(fù)載時都能使功率因數(shù)為1,可獲得工頻上下任意可控的輸出頻率。變頻器內(nèi)置的交流電抗器,它能很好的抑制諧波,同時可以保護(hù)整流橋不受電源電壓瞬間尖波的影響,實(shí)踐表明,不帶電抗器的諧波電流明顯高于帶電抗器產(chǎn)生的諧波電流。為了減少諧波污染造成的干擾,在變頻器的輸出回路安裝噪聲濾波器。并且在變頻器允許的情況,降低變頻器的載波頻率。另外,在大功率變頻器中,通常使用12脈沖或18脈沖整流,這樣在電源中,通過消除最低次諧波來減少諧波含量。例如12脈沖,最低的諧波是11次、13次、23次、25次諧波。依次類推,對于18脈沖,最低的諧波是17次和19次諧波。