諧波治理的措施主要有三種: ①受端治理, 即從受到諧波影響的設(shè)備或系統(tǒng)出發(fā), 提高它們抗諧波干批能力; ②主動治理, 即從諧波源本身出發(fā), 使諧波源不產(chǎn)生措波或降低諧波源產(chǎn)生的諧波; ③被動治理, 即外加濾波器, 阻礙諧波源產(chǎn)生的諧波注入電網(wǎng), 或者阻礙電力系統(tǒng)的諧波流入負(fù)載端 。
受端治理的措施主要有以下幾種:
(1)選擇合理的供電方式。將諧波源由較大容量的供電點或由高一級電壓的電網(wǎng)供電, 可以減小諧波對系統(tǒng)和其他用電設(shè)備的影響, 這必須在電網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計階段考慮 。
(2)避免電容器對諧波的放大。改變電容器的中聯(lián)電抗器,或?qū)㈦娙萜鹘M的某些支路改為濾波器, 或限定電容器組的投入容量, 可以有效地減小電容器對諧波的放大并保證電容器組的安全通行 。
(3)提高設(shè)備抗諧波干擾能力。改進(jìn)設(shè)各性能,使其在諧波環(huán)境中能夠正常工作,當(dāng)然這是有一定限度的, 諧波較大時設(shè)備仍將受到嚴(yán)重影響 。
(4)改善諧波保護(hù)性能。對諧波敏感設(shè)各采用靈敏的諧波保護(hù)裝置,這能夠保證在諧波超標(biāo)情況下,設(shè)備不致于損壞,但不能保障設(shè)備的正常工作。
主動治理諧波的措施主要有以下幾種:
(1)增加變流裝置的相數(shù)或脈沖數(shù)。 改造變流裝置或利用相互間有一定移相角的換流變壓器,可有效減小諧波含量,其中包括多脈整流和準(zhǔn)多脈整流技術(shù),但是裝置更加復(fù)雜。
(2) 改變諧波源的配置或工作方式。具有諧波互補(bǔ)性的裝置應(yīng)集中, 否則應(yīng)適當(dāng)分散或交替使用, 適當(dāng)限制會大量產(chǎn)生諧波的工作方式.
(3)采用多重化技術(shù)。將多個變流器聯(lián)合起來使用, 用多重化技術(shù)將多個方波疊加, 以消除頻率較低的諧被,得到接近正弦波的階梯波,但裝置復(fù)雜,成本較高。
(4)諧波疊加注入。利用三次倍數(shù)的諧波和外部的三次倍數(shù)的諧波源, 把諧波電流加到產(chǎn)生的矩形波形上, 可用于降低給定的運行點處的某些諧波。缺點是必須保證使三次倍數(shù)的諧波源與系統(tǒng)的同步, 且諧波發(fā)生器的功率消耗常常高達(dá)整流器直流功率的 10% 。
(5)采用PWM技術(shù)。采用脈寬調(diào)制PWM (pulse width Modulation)技術(shù),使變流器產(chǎn)生的諧波頻率較高、 幅值較小, 波形接近正弦波, 但只適用于自關(guān)斷器件構(gòu)成的變流器。
(6)設(shè)計或采用高功率因數(shù)變流器。比如采用矩陣式變頻器、四象限變流器等,可以使變流器產(chǎn)生的諧波非常少, 且功率因數(shù)可控制為1。
被動治理諧波的措施主要有以下幾種：
(1)采用無源濾波器PF (Passive F1lter)。在譜波源附近或公用電網(wǎng)節(jié)點裝設(shè)單調(diào)諧及高通漁波器, 可以吸收諧波電流, 同時還可以進(jìn)行無功功率補(bǔ)償, 運行維護(hù)也簡單。
(2)采用有源濾波器 APF(Active Power Filter)。在諧波源附近和公用電網(wǎng)節(jié)點裝設(shè)并聯(lián)型或串聯(lián)型APF,可以有效地起到補(bǔ)償或隔離惜波的作用,并聯(lián)型還可以進(jìn)行無功功率補(bǔ)償,但裝置造價較高。
(3)采用混合型有源濾波器HAPF(Hybrid Active Power Filter)。 HAPF兼具 PF成本低廉和APF性能優(yōu)越的優(yōu)點,屬于APF的分支和發(fā)展。 HAPF的種類很多,大致可分為與PF的混合和與其他變流器的混合兩類 。
在被動治理諧波的措施中, 無源濾波器本質(zhì)上是頻域處理方法, 也就是將非正弦周期電流分解成傅立葉級數(shù), 對某些諧波進(jìn)行吸收以達(dá)到治理的目的。有源濾波器則是在時域中對非正弦周期電流進(jìn)行分解后, 再進(jìn)行通當(dāng)?shù)碾娏餮a(bǔ)償, 從而改善系統(tǒng)的電流波形 。
PF是目前使用最為廣泛的諧波治理措施, 它利用電感、電容元件的諧振特性, 在阻抗分流回路中形成低阻抗支路, 從而減小流向電網(wǎng)的諧波電流。 PF成本低、技術(shù)成熟, 還可補(bǔ)償無功功率, 但存在以下不足：
(1)只能對特定諧波進(jìn)行濾波。諧振頻率依賴于元件參數(shù),因此單調(diào)諧濾波器只能消除特定次數(shù)的諧波, 高通濾波器只能消除截止頻率以上的諧波。
(2)濾波器參數(shù)影響濾波性能。由于調(diào)諧偏移和殘余電阻的存在,調(diào)諧濾波器的阻抗等于零的理想條件是不可能出現(xiàn)的, 阻抗的變化大大妨礙了濾波效果。 LC參數(shù)的漂移將導(dǎo)致濾波特性改變, 使濾波性能不穩(wěn)定。
(3)對于諧波次數(shù)經(jīng)常變化的負(fù)載濾波效果不好。當(dāng)濾波器投入運行之后,如果諧波的次數(shù)和大小發(fā)生了變化, 便會影響濾波效果。 并且需要根據(jù)高次諧波次數(shù)的多少, 需設(shè)置多個LC濾波電路。
(4) 濾波特性依賴于電網(wǎng)參數(shù)。 電同的阻抗和諧波頻率隨著電力系統(tǒng)的運行工況隨時改変, 對諧波電流的濾除效果受電力系統(tǒng)阻抗的影響較大。
(5) 可能與系統(tǒng)阻抗發(fā)生串并聯(lián)惜振。 PF可能與系統(tǒng)阻抗發(fā)生申聯(lián)或并聯(lián)諧振, 從而使裝置無法運行, 使該次i皆波分量放大, 使電網(wǎng)供電質(zhì)量下降。
(6)隨著電源側(cè)諧波源的增加,可能會引起濾波器的過裁,電網(wǎng)中的某次諧波電壓可能在LC網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生很大的諧波電流。
(7)電容器組無功功率補(bǔ)償能力與公共連接點電正的平方成正比關(guān)系, 補(bǔ)償效果并不理想。
(8)消耗大量的有色金屬,體積大,占地面積大,
與傳統(tǒng)的 PF一樣, APF(包括HAPF)也是給諧波電流或諧波電壓提供一個在諧振頻率處等效導(dǎo)納為無究大的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)或等效阻抗為無窮大的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò), 但是一合APF 理論上可以擁有無窮多個諧振頻率。與PF相比,APF具有以下一些優(yōu)點:
(1)濾波性能不受系統(tǒng)阻抗的影響 。
(2)不會與系統(tǒng)阻抗發(fā)生串聯(lián)或并聯(lián)諧振, 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化不會影響治理效果 。
(3)原理上比PF更為優(yōu)越, 用一合裝置就能完成各次諧波的治理。
(4)實現(xiàn)了動態(tài)治理, 能夠迅速響應(yīng)諧波的頻率和大小發(fā)生的變化。
(5)由于裝置本身能完成輸出限制, 因此即使諧波含量增大也不會過載。
(6)具備多種補(bǔ)償功能, 可以對無功功率和負(fù)序進(jìn)行補(bǔ)償。
(7)諧波補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)頻率變化的影響。
(8)可以對多個諧波源進(jìn)行集中治理。
對于嚴(yán)峻的諧波污染問題, APF和HAPF是提高電能質(zhì)量最有效的工具。在20世紀(jì)70年代有源濾波的概念就提出來了, 但是由于受到功率半導(dǎo)體器件水平的限制, APF未能得到進(jìn)一步發(fā)展。 隨著大功率快速自關(guān)斷器件的不斷發(fā)展, 基于瞬時無功功率理論的諧波檢測方法的不斷完善, 以及微機(jī)控制技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的不斷進(jìn)步, 有源濾波技術(shù)得到了極大的發(fā)展, 在工業(yè)上已經(jīng)進(jìn)入實用階段。
