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浅谈谐波与有源滤波器/APF的关系
发布时间:2015-11-03

    谐波源及类型
    如果正弦交流电压加在设备上,产生的电流却不是正弦交流电流,这样的设备就称为非线性阻抗设备,简称非线性设备。不是正弦波形的交流电就含有谐波成分,所以非线性设备也称为谐波源。
    工业电网中主要的谐波源有三种类型:三相桥式整流回路在每一相的正负波形上都会产生波形变化,一个周期里就有六个非正弦的波形,所以称为六脉波设备。六脉波设备的谐波很有规律,会产生六的倍数加减1次数的谐波,即5、7、11、13、17、19……次谐波,而且随着谐波次数升高谐波幅值会逐渐降低,所以通常 只需要处理5、7、11、13次谐波。
    这类设备包括有三相桥式整流器的所有设备、比如直流驱动器、变频器、软启动器,UPS电源等等,是目前工业用电设备中最常见的一类谐波源。
    类似工业电弧炉这样的设备工作时,电流波形变化很频繁,会分解出次数和幅值不断变化的谐波。
    非线性的单相设备,比如带有单相整流环节的电子仪器等等,因为三相不对称原因会在零线上形成3次零序谐波。
    1 .谐波对电力系统和各种电气设备的危害
    谐波容易使电网与补偿电容器之间发生并联谐振或串联谐振,使谐波电流放大几倍甚至几十倍,造成过电流,引起电容器、与电容器相连的电抗器和电阻器的损坏,甚至引起严重事故。
    谐波会导致继电保护和自动装置的误动作、熔丝非正常熔断,同时也会导致电气测量仪表计量不准确。
    谐波会造成变压器、电动机等机械振动,噪声、温升显著增加,绝缘寿命缩短。
    谐波会引起设备和线路额外发热,增加损耗、加速绝缘老化、降低使用寿命。
    谐波能延缓电弧熄灭,造成事故扩大。
    谐波导致三相四线系统中的中线电流显著增加,引发系统故障甚至事故。
    谐波通过电磁感应和传导耦合等方式会对邻近的通信系统产生干扰,轻者引进噪声,降低通信质量;重者导致信息丢失,使通信系统无法正常工作。
    谐波会引起生产设备运行不稳定,造成产品不合格率上升,降低企业效益。
    谐波影响各种电气设备的正常工作。据统计,由于谐波而破坏的电气设备中,并联电容器约占70%,其中串联电抗器约占30%。
    谐波电流使电力系统中的元件产生了附加的谐波损耗,降低了发电、输电、用电的使用效率。
    2 .谐波治理及无源滤波与有源滤波的区别
    目前谐波治理的技术主要有无源滤波技术和有源滤波技术两种。
    无源滤波技术是目 前应用最为广泛的谐波抑制手段,它是按照希望抑制的谐波次数专门量身制造的,采用电感、电容的调谐原理,将谐波陷落在滤波器中,以减少对电网的注入。无源 滤波装置结构简单,成本较低,技术已比较成熟,但是也存在着难以克服的缺陷:
    1、滤波特性受系统参数的影响较大,极易与系统或者其它滤波支路发生串并联谐振;
    2、只能消除特定的几次谐波,而对其他的某次谐波则会产生放大作用;
    3、滤波、无功补偿、调压等要求之间有时难以协调;
    4、谐波电流增大时,滤波器负担随之加重,可能造成滤波器过载,甚至损坏设备。
    5、有效材料消耗多,体积大。
    有源滤波技术作为一种新型的谐波治理方法,是消除谐波污染、提高电能质量的有效工具,与无源滤波技术相比,有着无可比拟的优势,主要表现在以下几个方面。
    1、实现了动态补偿,可对频率和大小均变化的无功功率进行补偿,对补偿对象的变化有极快的响应速度;
    2、有源滤波装置是一个高阻抗电流源,它的接入对系统阻抗不会产生影响,因此此类装置适合系列化,规模化生产;
    3、当电网结构发生变化时装置受电网阻抗的影响不大,不存在与电网阻抗发生谐振的危险,同时能抑制串并联谐振
    4、补偿无功功率时不需要储能元件,补偿谐波时所需要的储能元件不大
    5、用同一台装置可同时补偿多次谐波电流和非整数倍次的谐波电流,既可以对一个谐波和无功源进行单独补偿,也可对多个谐波和无功源进行集中补偿
    6、当线路中的谐波电流突然增大时有源滤波器不会发生过载,并且能正常发挥作用,不需要与系统断开
    7、装置可以仅输出所需要补偿的高次谐波电流,不输出基波无功功率,不但减小了有源滤波器的总容量,还可以避免轻负荷时发生无功倒送现象。
    3. 结束语
    随着电网中非线性负荷及谐波源种类及数量的增加,其产生的谐波也越来越严重,急需治理。低成本的无源滤波技术是目前普遍采用的治理谐波的方法,此方法简单, 但存在一定的缺陷。有源滤波技术可以对频率和幅度都变化的谐波进行治理,但也存在初期投资大、运行效率低的缺点,为此,可以将有源滤波技术和无源滤波技术 结合起来使用,既可以使有源滤波器降低,又可弥补无源滤波器的缺陷,是一个很好的发展方向。
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