諧波引發(fā)的問題及解決措施
發(fā)布者:正涵電氣 發(fā)布時間:2024-03-15 17:13:12 點擊次數(shù):
關(guān)閉
諧波電流在電源系統(tǒng)內(nèi)以及裝置內(nèi)均會造成問題。但其影響和解決措施非常不一樣,需要分別處理;適用于消除諧波在裝置內(nèi)不良影響的辦法并不能減少諧波在電源系統(tǒng)內(nèi)造成的畸變,反之亦然。
(1)裝置內(nèi)的諧波問題及解決措施:
有幾個常見多發(fā)的問題是由諧波引起的:電壓畸變、過零噪聲、中性線過熱、變壓器過熱、斷路器的誤動作等。
①電壓畸變:因為電源系統(tǒng)有內(nèi)阻抗,所以諧波負荷電流將造成電壓波形的諧波電壓畸變(這是產(chǎn)生"平頂"波的根源)。此阻抗有兩個組成部分:電源接口(PCC)以后的電氣裝置內(nèi)部電纜線路的阻抗和PCC以前電源系統(tǒng)內(nèi)的阻抗,用戶處的供電變壓器即是PCC的一例。
由非線性負荷引起的畸變負荷電流在電纜的阻抗上產(chǎn)生一個畸變的電壓降。合成的畸變電壓波形加到與此同一電路上所接的全部其他負荷上,引起諧波電流的流過,即使這些負荷是線性的負荷也是如此。
解決的辦法是把產(chǎn)生諧波的負荷的供電線路和對諧波敏感的負荷的供電線路分開,線性負荷和非線性負荷從同一電源接口點開始由不同的電路饋電,使非線性負荷產(chǎn)生的畸變電壓不會傳導(dǎo)到線性負荷上去。
②過零噪聲:許多電子控制器要檢測電壓的過零點,以確定負荷的接通時刻。這樣做是為了在電壓過零時接通感性負荷不致產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓,從而可減少電磁干擾(EMI)和半導(dǎo)體開關(guān)器件上的電壓沖擊。當在電源上有高次諧波或瞬態(tài)過電壓時,在過零處電壓的變化率就很高且難于判定從而導(dǎo)致誤動作。實際上在每個半波里可有多個過零點。
③中性線過熱:在中性點直接接地的三相四線式供電系統(tǒng)中,當負荷產(chǎn)生3N次諧波電流時,中性線上將流過各相3N次諧波電流的和。如當時三相負荷不平衡時,中性線上流經(jīng)的電流會更大。最近研究實驗發(fā)現(xiàn)中性線電流會可能大于任何一相的相電流。造成中性線導(dǎo)線發(fā)熱過高,增加了線路損耗,甚至?xí)龜鄬?dǎo)線。
現(xiàn)行的解決措施是增大三相四線式供電系統(tǒng)中中性線的導(dǎo)線截面積,最低要求要使用與相線等截面的導(dǎo)線。國際電工委員會(IEC)曾提議中性線導(dǎo)線的截面應(yīng)為相線導(dǎo)線截面的 200%。
④變壓器溫升過高:接線為Yyn的變壓器,其二次側(cè)負荷產(chǎn)生3N次諧波電流時,其中性線上除有三相負荷不平衡電流總和外,還將流過3N次諧波電流的代數(shù)和,并將諧波電流通過變壓器一次側(cè)流入電網(wǎng)。解決上述問題最簡單的辦法是采用Dyn接線的變壓器,使負荷產(chǎn)生的諧波電流在變壓器△形繞組中循環(huán),而不致流入電網(wǎng)。
無論諧波電流流入電網(wǎng)與否,所有的諧波電流都會增加變壓器的電能損耗,并增加了變壓器的溫升。
⑤引起剩余電流斷路器的誤動作:剩余電流斷路器(RCCB)是根據(jù)通過零序互感器的電流之和來動作的,如果電流之和大于額定的限值它就將脫扣切斷電源。出現(xiàn)諧波時RCCB誤動作有兩個原因:第一,因為RCCB是一種機電器件,有時不能準確檢測出高頻分量的和,所以就會誤跳閘。第二,由于有諧波電流的緣故,流過電路的電流會比計算所得或簡單測得的值要大。大多數(shù)的便攜式測量儀表并不能測出真實的電流均方根值而只是平均值,然后假設(shè)波形是純正弦的,再乘一個校正系數(shù)而得出讀數(shù)。在有諧波時,這樣讀出的結(jié)果可能比真實數(shù)值要低得多,而這就意味著脫扣器是被整定在一個十分低的數(shù)值上。
現(xiàn)在可以買到能檢測電流均方根值的斷路器,再加上真實的均方根值測量技術(shù),校正脫扣器的整定值,便可保證供電的可靠性。
(2)影響供電電源的諧波問題及解決措施:
《中華人民共和國電力法》指出:"用戶用電不得危害供電、用電安全和擾亂供電、用電秩序",《供電營業(yè)規(guī)則》中規(guī)定:"用戶的非線性阻抗特性的用電設(shè)備接入電網(wǎng)運行所注入電網(wǎng)的諧波電流和引起公共連接點至正弦波畸變超過標準時,用戶必須采取措施予以消除。"
由畸變電流造成的電壓畸變?nèi)Q于電源阻抗。阻抗愈大則由同一電流畸變所造成的電壓畸變就愈大。對于10次以下的諧波而言,供電網(wǎng)絡(luò)通常是感性的,所以電源阻抗就和頻率成正比,諧波次數(shù)越高,所造成的畸變就越大。通常不可能減小供電系統(tǒng)的阻抗,所以需要采用別的步驟來保證電壓畸變不超過限度。可能的解決方法有:裝用諧波濾波器、裝用隔離變壓器和裝用有源的諧波調(diào)節(jié)器。
①裝用諧波濾波器:對于電動機控制器產(chǎn)生的諧波,諧波的形狀很分明,可以用濾波器來降低諧波電流。對于六脈沖的控制器,濾波器可去掉20%的五次諧波以及全部的高次諧波,對基波影響甚微。為了避免增益頂峰靠近諧波,必須用解諧的濾波器,而且可能需裝多個濾波器。在12脈沖橋路中最低次的諧波是11次的,此時情況比較簡單。
②裝用隔離變壓器:均衡的三次諧波電流傳回到電源去的問題可以用一臺Dyn接法的隔離變壓器來削弱。使用這種變壓器時,通常裝設(shè)一個旁路的電路以避免在進行變壓器的維護工作時長時期地對負荷停止供電。在這種情況下,應(yīng)采用中性線有足夠大的通用四芯饋線。在重要的配電系統(tǒng)中,有時把隔離變壓器就地裝在每一配電盤上,使3N次諧波電流與配電系統(tǒng)相隔離。隔離變壓器要適當提高額定值,否則也會產(chǎn)生電壓畸變和過熱。
③裝用有源的諧波調(diào)節(jié)器:由變流器/逆變器產(chǎn)生的邊頻帶和諧波不能很好地用普通的濾波器來濾除,這是因為邊頻帶上的頻率是隨傳動裝置的速度而變化的,并且時常很接近于基波頻率。目前有源濾波器日益推廣應(yīng)用,它在工作時主動地注入一個電流來精確地補償由負荷產(chǎn)生的諧波電流,就會獲得一個純粹的正弦波。這種濾波設(shè)備的工作靠數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)來控制快速絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。因為設(shè)備是與供電系統(tǒng)并聯(lián)工作的,它只控制諧波電流,基波電流并不流過該濾波器。如果所需過濾的諧波電流比濾波器的容量大的話,它只是簡單地起限制作用而使波形得到部分的糾正。