如何解決主動(dòng)配電網(wǎng)諧波問題

宋娜娜+李娜娜+張賢

摘 要：為了解決主動(dòng)配電網(wǎng)系統(tǒng)之中的諧波問題，需要技術(shù)人員掌握諧波問題的特點(diǎn)，并根據(jù)諧波的治理情況采取相應(yīng)的措施。本文就主動(dòng)配電網(wǎng)體系中的諧波問題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)類型；電網(wǎng)；諧波

為了提升供電系統(tǒng)的環(huán)保性以及能源供應(yīng)的多樣化發(fā)展，目前的供電系統(tǒng)逐漸引入了一些可再生類型能源發(fā)電的模式，比如風(fēng)能發(fā)電模式、太陽(yáng)能發(fā)電模式，這些模式的應(yīng)用為電能供應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展提供了新的發(fā)展思路，但同時(shí)這些新型的供電模在實(shí)際的發(fā)電階段中，由于環(huán)境因素、技術(shù)因素等方面的影響，使得這些模式所產(chǎn)生的電能帶有一定的間歇性以及不穩(wěn)定性，進(jìn)而給整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)帶來(lái)一定的諧波影響，為此需要技術(shù)人員采用相應(yīng)技術(shù)進(jìn)行解決。

1 配電網(wǎng)運(yùn)行中諧波問題概述

因?yàn)榛鹆︻愋偷陌l(fā)電模式在發(fā)電的階段會(huì)消耗掉大量的不可再生類型能源，由此電力供應(yīng)系統(tǒng)在目前發(fā)展中逐漸的減少了傳統(tǒng)類型發(fā)電模式使用頻率，并且為了保證發(fā)電總量能保持恒定，在供電系統(tǒng)中逐漸引入了大量的新型發(fā)電模式，這些方面的發(fā)展變化都預(yù)示著在接下來(lái)的電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展中會(huì)出現(xiàn)數(shù)量龐大的分布類型電源系統(tǒng)，在這樣的條件下，主動(dòng)類型的配電網(wǎng)系統(tǒng)也就隨之產(chǎn)生。

新出的分布類型電源系統(tǒng)由于實(shí)際運(yùn)用時(shí)間較短，進(jìn)而較多方面還存在一定的不足之處，比如新型風(fēng)力發(fā)電模式或者是太陽(yáng)能發(fā)電模式在發(fā)電的階段中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)間歇性以及隨機(jī)性，進(jìn)而也就會(huì)使得發(fā)電量存在不規(guī)律性以及一定波動(dòng)性。其次，新型的發(fā)電模式因?yàn)樵O(shè)備構(gòu)造方面以及能源轉(zhuǎn)化方面的影響，造成了大部分的分布式類型的電源系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能不能直接接入到電網(wǎng)系統(tǒng)之中，為了順利的將分布式類型的電源系統(tǒng)接入到現(xiàn)行的供電系統(tǒng)之中，需要技術(shù)人員能在系統(tǒng)之中安裝脈沖寬度方面的調(diào)節(jié)設(shè)備，但脈沖寬度方面的調(diào)節(jié)設(shè)備雖然能促進(jìn)分布式類型電源的運(yùn)用以及發(fā)展，同時(shí)也會(huì)在使用階段中給供電系統(tǒng)帶來(lái)大量的諧波。當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)逐步完成更新建設(shè)，在分布式類型電源系統(tǒng)數(shù)量有所增加之后，就會(huì)使得配電網(wǎng)系統(tǒng)的整體質(zhì)量逐步惡化。從這個(gè)角度來(lái)看，諧波問題的治理工作也就和供電系統(tǒng)的發(fā)展有著機(jī)密的聯(lián)系。

2 諧波的危害

（1）諧波會(huì)在電氣元件上消耗了額外的諧波電能，導(dǎo)致電網(wǎng)中能量的使用效率出現(xiàn)下滑，另外當(dāng)過(guò)大的三次諧波電流流過(guò)中性輸電線時(shí)，會(huì)額外產(chǎn)生大量熱量，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生火災(zāi)。

（2）諧波會(huì)導(dǎo)致某些電氣裝置無(wú)法正常運(yùn)行。諧波能在電機(jī)上消耗額外的能力，還可能導(dǎo)致振動(dòng)、發(fā)出噪聲以及出現(xiàn)電壓過(guò)高；增加變壓器、電容器、電纜等設(shè)備上產(chǎn)生的熱量，導(dǎo)致設(shè)備的絕緣出現(xiàn)老化、降低設(shè)備的使用壽命。用整流器給電動(dòng)機(jī)供電會(huì)產(chǎn)生幅度比較大的電壓畸變。

（3）諧波可能導(dǎo)致配電網(wǎng)的部分地區(qū)發(fā)生諧振現(xiàn)象，放大了諧波，使得之前所述的損耗加重，增大了嚴(yán)重故障的發(fā)生幾率。集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)導(dǎo)致諧波電流在輸電線路上產(chǎn)生的熱量大于測(cè)量所得有效電流造成的預(yù)計(jì)發(fā)熱量。集膚效應(yīng)指的是輸電線路外部屏蔽了其內(nèi)部，從而導(dǎo)致電流集中在導(dǎo)線表面，導(dǎo)致輸電線路的電阻隨著電流頻率以及其本身直徑的增加而變大。鄰近效應(yīng)指的是輸電線路磁場(chǎng)導(dǎo)致相鄰導(dǎo)線內(nèi)部的電流分布產(chǎn)生畸變。采用三相四線制的輸電線路給單相負(fù)載提供電能時(shí)，過(guò)高的3次諧波電流會(huì)在整流器中產(chǎn)生大小相當(dāng)于1.7倍相電流的中性線電流，導(dǎo)致其出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷。

（4）諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置產(chǎn)生誤動(dòng)作，比如自動(dòng)準(zhǔn)同期設(shè)備、音頻負(fù)荷控制設(shè)備、故障錄波設(shè)備、輸電線路的各種距離保護(hù)、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、主變壓器的復(fù)合電壓起動(dòng)過(guò)電流保護(hù)以及發(fā)電機(jī)的負(fù)序電流保護(hù)等。像變壓器合閘時(shí)的涌流這樣的暫態(tài)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生幅值較大的諧波污染，更容易致使繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的發(fā)生誤動(dòng)作。此外那些比較依靠數(shù)據(jù)采樣的數(shù)字式繼電保護(hù)裝置及微機(jī)繼電保護(hù)裝置也十分容易受諧波分量的擾動(dòng)。

3 治理主動(dòng)類型配電網(wǎng)系統(tǒng)中諧波的措施

主動(dòng)類型配電網(wǎng)系統(tǒng)中的諧波問題，在新型環(huán)保發(fā)電模式應(yīng)用逐漸廣泛的情況下變得更加突出。為了解決諧波方面的問題，技術(shù)人員也在積極的探索諧波問題的應(yīng)對(duì)措施，以期提升電網(wǎng)系統(tǒng)的整體質(zhì)量，現(xiàn)階段針對(duì)諧波問題出現(xiàn)了三種常見的處理方式。

3.1 手段治理措施

受端治理措施在實(shí)際的應(yīng)用之中主要是針對(duì)電氣設(shè)備所采取的治理措施，在實(shí)際的應(yīng)用之中，手段治理措施主要是通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)，使原本受到諧波影響的電氣設(shè)備不在被諧波影響，最終實(shí)現(xiàn)保證電氣設(shè)備正常運(yùn)行的目標(biāo)，在運(yùn)用階段主要有以下一些方法：

首先，可以在供電系統(tǒng)建設(shè)中以及運(yùn)行階段，根據(jù)各個(gè)地區(qū)特點(diǎn)以及供電方式，選擇電壓等級(jí)數(shù)值較高、容量數(shù)值較高的系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)。其次，造成供電系統(tǒng)之中諧波數(shù)值較高的因素比較多，其中還包括補(bǔ)償類型電容器方面的影響因素，針對(duì)這一情況應(yīng)對(duì)補(bǔ)償類型的電容器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，降低或者是消除補(bǔ)償類型電容器對(duì)于諧波產(chǎn)生的放大效果。第三，還行可以從電氣設(shè)備方面著手，強(qiáng)化電氣設(shè)備對(duì)于供電系統(tǒng)之中諧波的抵抗能力。第四，在對(duì)供電系統(tǒng)之中電氣設(shè)備實(shí)施保護(hù)的階段中，還要充分的認(rèn)識(shí)到一些電氣設(shè)備的特殊性，并且對(duì)于這一部分的電氣設(shè)備在防護(hù)階段中要能根據(jù)這些設(shè)備的特點(diǎn)采取專門的保護(hù)措。

但是在使用手段治理技術(shù)的時(shí)候還要能充分的認(rèn)識(shí)到，這種技術(shù)對(duì)于諧波的治理是一種被動(dòng)類型的治理技術(shù)，并未主動(dòng)類型配電網(wǎng)之中的諧波問題本身采取對(duì)策，沒有從根本上解決電網(wǎng)系統(tǒng)的中諧波問題所造成的影響，這也使得這種技術(shù)的應(yīng)用受到了限制。

3.2 主動(dòng)治理

主動(dòng)治理旨在通過(guò)采用比較高端的技術(shù)改進(jìn)電力電子器件的控制方式，消除諧波源或者減弱其產(chǎn)生的諧波。主要有以下幾種方法：

首先，開發(fā)功率因數(shù)為1的變流器；其次，改變變流裝置的脈沖數(shù)、相數(shù)，采用移相的方法來(lái)減少其產(chǎn)生的諧波；第三，合理地配置諧波源，選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ髂Ｊ健Ｔ趨^(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)諧波源之間互補(bǔ)，對(duì)于互相有加強(qiáng)效果的諧波源實(shí)行分散與交替應(yīng)用，對(duì)于會(huì)產(chǎn)生大量諧波的工作模式進(jìn)行適度的控制。第四，采用多重化技術(shù)。同時(shí)運(yùn)用多個(gè)變流裝置或者采用多重化技術(shù)對(duì)電力電子裝置的多個(gè)波形進(jìn)行疊加，來(lái)濾除某些次數(shù)的諧波，從而降低諧波含量；最后主動(dòng)注入特定頻次的諧波分量，從而抵消該次諧波。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)分布式電源引入諧波的情況，應(yīng)采用電力濾波器綜合配置的方法進(jìn)行主動(dòng)配電網(wǎng)諧波綜合治理。首先采用無(wú)源電力濾波器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)固有節(jié)點(diǎn)法治理含量較多的諧波次數(shù)，然后分步逐個(gè)加入有源電力濾波器進(jìn)一步改善濾波效果。

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