钢铁厂电力系统谐波产生的治理方法探讨

高频谐波的危害和治理随着国内外电力电子技术的发展,大量由电力电子开关构成的、具有非线性特性的用电设备广泛应用于冶金、钢铁、交通、化工等工业领域,如电解装置、电气机车、轧制机械、高频炉等,故国内外电网中的谐波污染状况日益严重.美国电力科学研究院EPRI最近的报告指出,全美因谐波等电能质量损失达几百亿美元.电网中的高次谐波会造成旋转电机和变压器过热,使电力电容器组工作不正常,甚至造成热击穿损坏;对电力系统中的发电机、调相机、继电保护自动装置和电能计量等也有很大危害,严重时会引发设备误动作,造成重大事故;谐波污染对通信、计算机系统、高精度加工机械,检测仪表等用电设备也有严重的干扰.因此,必须采取有效的措施来消除电网中的高次谐波.在低压配电网中这些谐波污染问题显得尤为突出,严重影响到各种类大型厂矿的正常生产,如钢铁、煤矿、化工、纺织等企业,以及IT和大规模微电子集成电路企业,造成产品报废,生产线停产,生产设备的寿命骤减甚至损坏.谐波使电网中串、并联设备产生谐波损耗,降低发电、输电及用电设备的效率,大量的三次谐波电流流过中线时会使线路过热甚至发生火灾.谐波对计算机和数控设备具有很大危害,可以影响程序运行,破坏数据,使信息丢失,导致控制系统误动作.谐波能够影响各种电气设备的正常运行,对电机、变压器、电容器、电缆等设备造成振动、过热、绝缘老化,严重影响设备的使用寿命甚至直接造成设备损坏.例如大众汽车在生产中所产生的谐波直接影响上海安亭电网,且谐波的干扰使得大众的DeviceNet现场总线自动化生产系统无法正常工作.这些谐波污染问题带来的严重经济损失以及随着电力市场的发展趋势,政府、企业和个人用户对电能质量越来越重视,产生谐波污染的用户需要相应的设备减轻或消除其对周边电力系统的影响,电力运行管理部门也会加强对相关企业的监督管理.目前用户通常采用并联型无源滤波器来抑制谐波,但存在不少缺陷.现在的趋势是采用电力电子装置进行谐波补偿,即电力有源滤波器(APF).与前者相比,有源滤波器能对变化的谐波进行迅速的动态跟踪补偿,而且补偿特性不受电网阻抗的影响.有源滤波器的应用范围很广,从最常用的钢铁企业及其他有色金属冶炼加工企业,到煤矿,造纸,化工,玻璃,纺织以及电子和大规模集成电路芯片制造企业,以及IT业所需的大量计算机服务器等,都需要有源滤波器保证其生产线的可靠稳定运行.有源滤波器的设计制造在国内外均处于一个较初步阶段.国内外生产和研发该产品的公司很少.目前在国内提供有源滤波器销售服务的只有外资企业,即ABB中国投资有限公司(上海)的低压产品部,芬兰NOKIANCAPACITOR公司,以及法国梅兰日兰电气有限公司在中国所设机构.这几家公司只提供产品的售前咨询、销售安装和售后技术服务,而其技术核心的研发,以及设备元件的生产、装配和测试均在国外完成.并且设备的价位很高,给各用户安全高效的生产运行,以及技术革新,新生产线的引进等设置了较大的资金障碍.目前国内依然停留在理论仿真、样机试验的阶段,还没有可生产工业用有源滤波器的企业,离工业化、产品化还有较大距离.这样就造成了少数的外资公司在有源滤波器系列上处于价格和技术的垄断地位.并且由于国内外电网的不同(结构、电压等级、谐波源、谐波次数等),国外的产品并不能完全适合我国电网的应用实际.但是根据国内经济发展的现状,我国在有源滤波器方面的需求在近些年将有较大的增长.我国首都北京将在2008年举办奥运会,届时,谐波问题是电能质量的主要问题,现阶段北京奥组委已经建立专门的谐波测量站,每周定期向国际奥组委上交谐波状况报告,以保证电能质量.我国最大的国际城市上海将在2010年全年举办世界博览会,场馆对电能质量也提出了更高的要求,上海市也建立了专门的谐波测量站,以保证电能质量.由此可见,谐波问题已成为当前电力系统面临的主要问题.抑制电网谐波的措施消除电网中的谐波对延长电力设备的使用寿命和保证负载的安全经济运行有着非常重要的意义!1.加换流装置的相数或脉动数交直流换流器产生的特征谐波电流次数与其整流电路部分的脉动数有关，当脉动数增多时，产生的谐波次数增高而谐波电流近似地与谐波的次数成反比，因此一系列次数较低成分较大的谐波能够得以消除从而减少谐波源产生的谐波电流!通过改造换流装置或利用相互间有一定移相角的换流变压器可有效减小谐波量! 这种装置的缺点是设备复杂造价提高！2.加装交流滤波装置装设谐波补偿装置的传统方法是采用调谐滤波器-".!目前所采用的调谐滤波装置一般由电力电容器电抗器和电子器适当组合而成，滤波原理是对某谐波频率形成低阻抗通路，相应的谐波电流经无源滤波器短路，从而避免其进入供电系统！调谐滤波器既可补偿谐波，可补偿无功功率，提电压水平，且结构简单，谐波补偿容量大，因此应用比较广泛!该方法的主要缺点是其补偿特性受到电网阻抗和运行状态的影响，容易和系统发生并联谐振，导致谐波被放大，致使滤波器过载甚至烧毁! 此外，它只能补偿固定频率的谐波，补偿效果不甚理想! 工程中实际应用的调谐滤波器，一般由一组或数组单调谐滤波器组成，每组单调谐滤波器调谐于需要滤除的谐波频率或者谐波频率附近，当需要滤除更高频率的谐波电流而其幅值又较小时，可以再加装一组高通滤波器!3.增加系统承受谐波能在规划和设计阶段，考虑将谐波源由较大容量的供电点或由高一级电压的电网供电，可以减小谐波的影响!4.采用有源滤波器等新型抑制谐波的措施谐波抑制的方法还有加装有源电力滤波器有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波) 补偿无功的新型电力电子装置"它能对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，有源电力滤波器通过监测补偿对象的电压和电流，经指令电流运算电路计算出补偿电流，该信号经补偿电流发生电路放大得出补偿电流，补偿电流因与负载电流中要补偿的谐波电流大小相等)方向相反而抵消，从而使电网的电流)电压恢复为正弦波形，有源电力滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿"且补偿特性不受电网阻抗的影响，另外"有源滤波器还可以发出基波无功电流，进一步减少负载的无功功率，提高功率因数。

偿装置。
２ 各 种谐 波 治 理 方 法 介 绍 、
２１ 降低谐波源的谐 波含量 在谐波源上采取措施 ， 最大限度地避免谐波的产生。 这种方法比较 积极 ， 能够提高 电网质量 ， 可大大节省因消除谐波影响而支 出的费用。
具 体 方法 有 ：
２ ． 增加换 流装置 的脉动数 ．１ １ 当换流装置的脉动数增 多时 ， 以有效 的消除幅值较大的低频项 ， 可 从而大大地降低谐波电流的有效值 。 理论 上脉动数越多 ， 对谐波 的抑制 效果越好 ， 但是脉动 数越多整流变压器的结构越复杂 ， 体积 越大 ， 交流 器 的控制和保护变得困难 ， 成本增加 。 ２１ ．． ２脉宽调制法 脉宽调制技术 的基本思想是控制 Ｐ ＷＭ输出波形的各个转换时刻 ， 保证 四分之一小 型的对称性。根据输 出小型的傅立 叶级数展开式 ， 使需 要消除的谐波幅值 为零 、 基波幅值为给定量 ， 达到消除指定谐 波和控制 基波 幅值的 目的。 ２１ ．３三相整流变压器采用 Ｙ ＆或 Ａ／ － ／ ｙ接线 当两 台以上整流变压 器由同一段母线供电时 ，可将整流变压器一 次侧绕组分别交替接成 Ｙ型和△形 ，这就可使 ５ 、 次谐波相互 抵 次 ７ 消， 而只需考虑 ｌ 次、３次谐波的影 响， １ ｌ 由于频次高 ， 幅值小 ， 波 所以危 害性减小 。 这种接线也可 消除 ３的倍 数次高次谐波 ， 是抑制高次谐波的
式。
２２ ．． ４有源无源混合滤波器 将有 源滤波器和无源滤波器相结合构 成混合 滤波器 ，用无源滤波 器补偿 、 吸收缓慢变化的无功功率和高频谐 波 ， 同时用有源滤波器补偿 冲击性无功 和低频 、 变化的谐波 ， 兼有两种 滤波器优点 ， 目前电能质 是 量研究的热点 。 ２３ ．增装 动态无功补偿 装置 在技术经济分析可行的条件下 ，可以在谐波源处装设 动态无功补

技 术 研 发
Ｖ０ １ ． ２ ０， Ｎ ｏ． ５ 。 ０１ ２ ３
电 力 系 统 谐 波 问题 及 解 决 方 案分 析
蓝彬 恒， 程 蕊， 马 荣， 农 媛， 李 璨
（ 广 西大 学 ， 广 西 南宁
摘
５ ３ ０ ０ ０ ４ ）
要： 随着电力产业 的不断发展 ， 对电能质量的要 求逐 步提 高， 其 中谐 问题逐 渐成为 当前 电能质量研 究领域的热 点
道。
当电网中存在有非线性 负载 时 ， 由正 弦波傅 里叶分解 ， 知 此时在正弦电压下必将 产生畸变的谐 波电流。
无源滤波有诸多缺陷 ：
（ １ ） 传统的无源滤波方法由于其均为 静止无 源器件 ， 导致
了当系统动态变化 时存在 较大局 限性 ， 其 只能对特 定 的某一 频率或一定窄带范 围内的谐波起到较好的抑制作 用。 （ ２ ） 当系统运行 阻抗 ， 频率 变化 ， 负 载切 除或投 入均 会严 重影响滤波效果 。同时无 源滤 波装 置中的 Ｌ 、 ｃ元件 在系统外
下面将简要叙述当下常见的谐波产生情况 ， 分析传统谐波治
理方案 的优缺点 ， 并简要介绍下新 型谐波治理方案。 １ 谐 波产 生机理及常见谐 波源
为将其设计 为某 频率 下极低 阻抗 ， 对相应 频率谐 波 电流进 行 分流 ， 给其提供被动式谐波 电流旁路通道 ， 使之不 进人 电网通
（ ２ ） 其信号检测提取的速度 与精度 之间存 在固有矛盾 ， 传
统模拟方法速度较 快 ， 精度欠 缺且需 要元 器件众 多 。现 在常 用的 ｒ ｒ ｒ （ 快速傅里叶变换 ） 和三相 瞬时无功检测 技术则 对波
４ ） 干扰精密仪表 的正 常工作 ， 可 能引起 继 电保护 装置 和

谐波治理方案1. 引言谐波电流是电力系统中的一种常见问题，特别是在有非线性负载的情况下。

谐波会导致电网中的电压畸变、设备损坏以及其他负面影响。

因此，为了保障电力系统的正常运行和设备的安全运行，需要实施谐波治理措施。

本文将介绍一种谐波治理方案，以减少电力系统中的谐波电流。

方案包括谐波源的识别、谐波电流监测与分析、谐波滤波器的设计与应用等内容。

2. 谐波源的识别在电力系统中，谐波源可能来自于各种非线性负载，例如电弧炉、变频器、电子设备等。

通过谐波源的识别，可以确定谐波的产生位置和程度，从而为后续的治理措施提供依据。

识别谐波源的方法可以采取谐波电流监测仪器进行实时监测和分析，也可以通过分析电力系统中各个非线性负载的谐波特性来确定谐波源。

根据谐波源的识别结果，可以制定相应的谐波治理方案。

3. 谐波电流监测与分析对谐波电流进行监测和分析是实施谐波治理的重要步骤。

通过谐波电流监测，可以了解电力系统中谐波的产生和传播情况，确定谐波电流的频谱特性。

在监测期间，需要采集电力系统中各个节点的电流数据，并对其进行分析。

谐波电流分析可以采用频谱分析方法，通过对电流信号进行傅里叶变换，得到电流在不同频率下的谐波分量。

分析结果可以帮助确定主要的谐波成分和谐波级别，为后续的治理方案设计提供依据。

4. 谐波滤波器的设计与应用谐波滤波器是减少电力系统谐波的一种常用设备。

根据谐波分析结果，可以设计合适的谐波滤波器，并将其应用于电力系统中，以降低谐波电流水平。

根据谐波分析结果，可以确定谐波滤波器的额定电流和安装位置。

一般来说，谐波滤波器应该安装在负载侧，使其能够尽量接近谐波源，以最大限度地降低谐波电流。

在谐波滤波器的设计过程中，需要考虑到谐波滤波器的阻抗特性和谐波滤波器的使用寿命等因素。

合理设计和应用谐波滤波器可以有效地减少电力系统中的谐波电流。

5. 结论谐波电流是电力系统中的常见问题，为了保障电力系统的正常运行和设备的安全运行，需要实施谐波治理措施。