淺談電能質量問題與濾波器的發展

hth下载地址 陳聰

 電能是當代主要的能源形式，用電問題也日益顯現。如今，用電負荷日趨複雜化和多樣化，相應的，帶來的各種靜態電磁幹擾問題成為(wei) 用戶關(guan) 注的焦點。計算機，微處理器電子和電氣設備被大量使用，這些設備對電力係中暫態問題的靈敏程度和對供電可靠性的依賴程度也變得越來越高。因為(wei) 這些問題，電能質量不可避免成為(wei) 了如今的電力問題的關(guan) 鍵。

      電能質量是指電力係統中電能的質量。理想的電能應該是對稱的正弦波。一些因素會(hui) 使波形偏離對稱正弦，由此便產(chan) 生了電能質量問題。一方麵我們(men) 研究存在哪些影響因素會(hui) 導致電能質量問題，一方麵我們(men) 研究這些因素會(hui) 導致哪些方麵的問題，我們(men) 要研究如何規避這些因素，從(cong) 而使電能接近正弦波。

      電能質量內(nei) 容分為(wei) 兩(liang) 大類:“穩態"和“暫/瞬態"。國標中涉及的:諧波、頻率、電壓不平衡度、電壓偏差屬“穩態";電壓波動和閃變、暫時過電壓和瞬態過電壓、電壓驟升、驟降、短時斷電屬“瞬態"。

      本篇文章主要討論諧波問題及其治理方法。諧波是指對周期性非正弦交流量進行傅裏葉級數計算所得到的大於(yu) 基波頻率整數倍的各次分量，通常稱為(wei) 高次諧波，而基波是指其頻率與(yu) 工頻(50Hz)相同的分量。

      諧波具有以下危害：

1)由於(yu) 諧波的存在，增加了係統中元件的附加諧波損耗，降低發電、輸電及用電設備的使用效率。大量的3次諧波流過中線時，會(hui) 使線路過熱甚至發生火災。

2)諧波影響各種電氣設備，特別是電機類設備的正常工作。諧波對旋轉電機和變壓器的影響，首先主要是引起附加損耗，諧波電流流過電機和變壓器時，將會(hui) 增加鐵心損耗以及銅損，引起過熱。諧波損耗對變壓器的影響通常要大於(yu) 對電機的影響，比如電弧爐變壓器由於(yu) 熔煉過程中的電流的劇烈波動，造成壽命的明顯縮短。諧波對旋轉電機和變壓器的影響其次是產(chan) 生機械振動、噪聲和諧波過電壓。當諧波頻率接近電機的固有振動頻率時，會(hui) 引起電機的強烈

振動。這些影響可能縮短電機壽命，甚至損壞電機。諧波電流引起的附加損耗通常折算成等值的基頻負序電流來進行估算。

3)電力係統中電容器的應用可能會(hui) 導致的諧振，是一個(ge) 需要非常重視的問題。當諧波頻率與(yu) 輸電係統固有的特征頻率重合時，可能會(hui) 放大諧波分量，產(chan) 生非常大的電壓和電流。這導致設備的附加損耗和發熱，縮短電容器壽命，以致造成設備故障。大量調查表明，電容器和與(yu) 之串聯的電抗器的燒毀在諧波引起的事故中約占75%。

4)諧波電流除了會(hui) 增加繼電器的發熱和損耗之外，還會(hui) 導致動作特性改變，以致造成保護裝置的拒動或誤動。比如以電磁型電壓繼電器為(wei) 例，當含諧波的畸變電壓作用於(yu) 繼電器時，動作值總是比繼電器剛好動作的基波分量電壓合理值大，即過電壓繼電器有可能出現拒動，而欠電壓繼電器則可能誤功。此外，在動態情況下，如投入空教變壓器時會(hui) 產(chan) 生諸波含量很高的勵磁湧流，造成繼電器誤動作而使開關(guan) 跳閘。

利用設置作為(wei) 諧波源的非線性負荷附近的無源濾波器(PassiveFilter, PF)即由濾波電容器、電抗器和電阻器適當組合而成的並聯濾波裝置來控製諧波電流。通常將產(chan) 生諧波的負荷看做是諧波電流源。無源濾波器的作用是為(wei) 諧波電流i提供一個(ge) 低阻抗的通路或諧振回路，通過分流非線性負荷所產(chan) 生的諧波電流來減少流入電網的諧波電流isH。根據結構不同，無源濾波器可分為(wei) 帶通濾波器(包括單調諧濾波器、雙調諧濾波器、三調諧濾波器)、高通濾波器、C型阻尼濾波器和橋式濾波器等。無源濾波器具有以下特點。優(you) 點：無源濾波器具有結構簡單、成本低廉、運行可靠性較高、運行費用較低。

缺點：通帶內(nei) 的信號有損耗，負載效應比較明顯，使用電感元件時容易引起電磁感應，當電感L較大時濾波器的體(ti) 積和重量都比較大，在低頻域不適用。

      為(wei) 了應對日益複雜的諧波補償(chang) 問題，隨著電力電子技術的發展而產(chan) 生的有源濾波器逐漸被廣泛應用。有源電力濾波器（Active Power Filter，簡稱APF）是一種用於(yu) 動態治理諧波、補償(chang) 無功的新型電力電子裝置，它能夠對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償(chang) 。有源濾波器之所以稱為(wei) 有源，顧名思義(yi) 該裝置需要提供電源（用以補償(chang) 主電路的諧波），其應用可克服LC濾波器等傳(chuan) 統的諧波治理和無功補償(chang) 方法的缺點（傳(chuan) 統的隻能固定補償(chang) ），實現了動態跟蹤補償(chang) ，而且可以既補諧波又補無功。

      hth下载地址是上海hth下载地址電氣股份有限公司的簡稱，是一家集研發、生產(chan) 、銷售於(yu) 一體(ti) 的高科技股份製企業(ye) 。公司具有豐(feng) 富的有源電力濾波器的生產(chan) 和應用經驗，在電能質量方麵致力於(yu) 服務客戶，為(wei) 客戶創造價(jia) 值。