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电力装置谐波电流治理的问题

发表时间:2023-05-18浏览次数:

电力装置谐波电流治理的问题

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伴随着电力电子技术的发展趋势,电力工程电子系统的普遍运用给供电系统产生了比较严重的脉冲电流环境污染。各种各样电力工程电子设备在运送、冶金工业、化工厂等众多工业生产交通出行行业的普遍运用,使电力网中的脉冲电流难题日趋严重,很多低功率因素的电力工程电子系统给电力网产生额外负担并危害供电系统品质,因而,电力工程电子系统的脉冲电流环境污染已变成阻拦电力电子技术发展趋势的重特大阻碍。故抑止脉冲电流环境污染,提升功率因素的科学研究已变成电力电子技术中的一个重特大课题研究。文中紧紧围绕这一至关重要的问题,根据对电力电子技术脉冲电流源以及伤害的了解和剖析,从环境污染和预防的关联考虑到,讨论了环境整治的方式,最终对脉冲电流环境整治的发展趋向进行了未来展望。



1、电力工程电子系统——最关键的脉冲电流源

离散系统负载是个脉冲电流源,它造成电力网电压崎变,使电压中含有整数倍基波頻率的份量。做为最关键的脉冲电流源的电力工程电子系统关键为各种各样交直流电源变流产品(镇流器、逆变电源、斩波器、软启动器)及其双向晶闸管可控性开关柜等,此外也有供电系统內部的变流机器产品,如直流电输配电的整流器阀和逆变电源阀等。下边对其造成的脉冲电流状况作一剖析。

1.1镇流器1.3頻率变换器4)会造成继电保护装置和保护装置错误操作,并使电气产品检测仪表计量检定不精确;——多脉波变流技术性功率电力工程电子系统常将原先6脉波的变流器设计制作方案成12脉波或24脉波变流器以降低沟通交流侧的脉冲电流电流含水量。基础理论上讲,脉波越大,对脉冲电流的抑止实际效果愈好,可是脉波数越大整流变压器的构造越繁杂,容积越大,变流器的操纵和维护越来越艰难,成本上升。串-并联型APF又称之为电能质量调节器(UPQC)[3],它具备串、并联APF的功能,可解决配电产品系统App产生的绝大部分电能质量难题,性价比高较高。尽管目前还处在实验环节,但从长久的角度观察,它将是一种很有发展前景的有源滤波产品。

做为直流稳压电源产品,镇流器普遍运用于各种各样场所。图1(a)及图1(b)各自为其单相电和三相的典型性电源电路。在整流器产品中,交流电的电流为矩形框波,该矩形框波为直流基波电流和为直流基波奇倍数的高次脉冲电流电流的生成波型。由傅氏等比级数求取矩形框波中的高次脉冲电流份量In与基波份量I1比例较大 为1/n,伴随着开启操纵角α的减少和换相重合角μ的扩大,脉冲电流份量有减少的发展趋势。

除此之外,现阶段科学研究得出结论:镇流器的运作方式对脉冲电流电流的尺寸也是马上的危害,因而在考虑到控制整流器电压电流时,最好是要进行重合角、换相压力降及其脉冲电流计算,便于明确安全性、经济发展的运作办法;当操纵角α贴近40°,重合角μ在8°上下时的状况通常是脉冲电流最比较严重的情况,因此要历经测算,尽也许根据恰当挑选变压变电器抽头,绕开脉冲电流最比较严重点[1]。

1.2沟通交流调压器

沟通交流调压器多用以照明灯具变光和磁感应电机变速等场所。图2(a)及图2(b)各自为其单相电和三相的典型性电源电路。沟通交流调压器造成的脉冲电流频次与镇流器基本一致。

頻率变换器是AC/AC变换器的也就意味着机器产品,当作为电机的变速产品时,它带有随輸出頻率转变的边频段,因为頻率持续转变,出現的脉冲电流含水量非常复杂。

1.4通用变频器装置

通用变频器装置的键入电源电路一般由二极管全桥逆变电路和直流电侧电容所构成,如图所示3(a)图示,这类电源电路的键入电流波型随特性阻抗的不一样相距挺大。在开关电源特性阻抗较为小的状况下,其波型为窄而高的高挑型波型,如图所示3(b)实线图示;相反,当开关电源特性阻抗较为大时,其波型为矮而宽的偏平型波型,如图所示3(b)虚线图示。

除开所述典型性变流产品会造成很多的脉冲电流之外,电器设备都是不容忽视的脉冲电流源。举个电视、电池充电器等。尽管他们单独的容积并不大,但因为总数许多 ,因而他们给供配电系统引入的脉冲电流份量也不可忽视。

2、谐波电流的危害

脉冲电流对公共电力网的伤害主要包含:

1)使公共电力网中的元器件造成额外的脉冲电流耗损,减少了发电量、输变电产品的最有效地率,很多的3次脉冲电流穿过中性点时,会造成路线超温乃至发生火灾事故;

2)危害各种各样电器产品的一切正常工作中,除开造成额外耗损外,还可让电动机造成阻尼振动、噪音和过电压,使变电器部分比较严重超温,使电容、电缆线等机器产品超温、绝缘层脆化、使用寿命减少,以至毁坏;

3)会造成公共电力网中部分并联串联谐振和串联串联谐振,进而使脉冲电流变大,使上述情况的伤害大大调整,乃至造成重大事故;

5)会对相邻的通讯系统造成影响,轻则造成噪音,减少通讯品质,重则造成信息内容遗失,使通讯系统没法一切正常工作中。

3、脉冲电流的管理办法标准

要提升电能质量,务必提升对脉冲电流的管理办法。秉着限定脉冲电流源向公共电力网引入脉冲电流电流,将脉冲电流电压限定在容许范围之内的标准。最先要把握系统App中的脉冲电流源以及遍布,限定其脉冲电流在容许范围之内即可入网许可证,不合格的务必采用整治对策,避免脉冲电流外扩散。因此国际电工委员会(IEC)和英国IEEE常有强烈推荐规范,如IEEE注意事项的电流脉冲电流極限规范见表1。在我国融合电力网实际水平并效仿别的国家行业标准制订的电压正弦波形崎变率注意事项。

4、脉冲电流的环境整治

目前,在我国供电系统对脉冲电流的管理办法展现“先环境污染,后整治”的被动局面,因此怎样环境整治早已变成一个刻不容缓的课题研究。

相关“综合性”的内函,许多人觉得用范畴广泛、广泛推广来叙述;可能多人觉得用结合的、一体化的来描述更具体;小编认为环境整治的工作中应涵盖下列两层面:

——提升专业化、法制环境管理办法;

——采取措施技术性对策预防和抑止脉冲电流。

4.1提升专业化、法制环境管理办法

关键从2个层面提升管理办法:

——普遍选用具备法律法规约束力和经济发展约束力的方式,更改先污染后治理的被动局面,即应当严格实行各种电力工程、电力工程电子设备的技术标准中注意事项的脉冲电流含水量指标值,对它开展鉴定,假如超出國家注意事项的指标值,不可原厂和资金投入供电系统应用;

——供电系统单位需从全局性来看,实施规划,采用强有力对策提升质量监督与管理办法,一方向审批仍待资金投入负载的脉冲电流水准,另一方向对已投用的脉冲电流源负荷,规定客户改装滤波补偿装置。

4.2采取措施的技术性对策

目前解决电力工程电子设备脉冲电流环境污染的关键技术性方式有两根:

——主动型脉冲电流抑止计划方案即对电力工程电子系统自身进行改善,使其不造成脉冲电流,或依据必须对其功率因素进行操纵;

——被动型脉冲电流抑止计划方案即脉冲电流负荷自身不用更改,只是在供电系统或脉冲电流负荷的沟通交流侧改装无源滤波器(PF)、有源滤波器(APF)或是混和过滤器(HAPF)等产品,根据另加机器产品对电力网实行脉冲电流补偿。

4.2.1主动型脉冲电流抑止计划方案

关键是以变流产品自身来看,根据变流产品的总体设计制作和提升輔助调节办法来降低或清除脉冲电流,目前选用的技术性关键有一下好多个层面。

——脉冲宽度调制技术性脉冲宽度调制技术性的基础观念是操纵PWM輸出波型的每个变换時刻,确保四分之一波型的对称。依据輸出波型的傅立叶级数展开式,使必须清除的脉冲电流幅度值为零、基波动幅度数值给定量筛选,做到清除特定脉冲电流和操纵基波动幅度值的目地,目前选用的PWM技术性有最优化脉冲宽度调制、改善正弦脉冲宽度调制、Δ调配、追踪型PWM调配和响应式PWM操纵等。

——多电平变流技术性对于各种各样电力电子技术变流器(针对电压型的变流器务必用连接电感器与交流电相接),选用移相多种法、启保停和非对称加密操纵多种化等方式,将波形电流或电压累加,促使变流器在网侧造成的电流或电压为贴近正弦的台阶波,且与开关电源电压维持一定的位置关联。

——功率因素预增加器在电力工程电子系统中添加高功率因素预增加器,在预增加器的直流电侧根据DC/DC转换操纵入端电流,确保电力工程电子系统从电力网中获得的电流为正弦电流并与电力网电压积分电路。此方式操纵简易,可另外清除高次脉冲电流和补偿无功电流,使电力工程电子系统键入端功率因素贴近1。

主动型脉冲电流抑止计划方案的关键难题取决于成本调整、最有效地率低。另外,电力电子技术系统App中很高的电源开关頻率使PWM载波数据信号造成高次脉冲电流,还会造成低电平的传输和辐射源影响。因而在设计制作方案主动型脉冲电流抑止计划方案时,务必用EMI过滤器将高次脉冲电流数据信号从系统App中滤掉,防止他们做为传输影响进到电力网;也要运用屏蔽掉防止他们做为辐射源影响进到自由空间,对室内空间造成电磁污染。因此针对很大输出功率的电

力电子系统,一般除开选用主动型脉冲电流抑止方式之外,也要加上无源或有源滤波器多方向抑止高次脉冲电流。

4.2.2被动型脉冲电流抑止计划方案

——无源滤波器(PF)无源滤波器一般选用低压电容器、电抗器和变阻器按功能规定适度组成,在系统App中为脉冲电流出示并联低阻通道,具有滤波器功效。无源滤波器的优势是项目投资少、最有效地率、构造简易、运作靠谱及维护保养便捷,因而无源滤波器是目前广泛选用的抑止脉冲电流及进行无功补偿的关键方式。无源滤波器的缺陷取决于其滤波器特点是由系统App和过滤器的特性阻抗比所决策,只有清除特殊的几回脉冲电流,而对其他次脉冲电流会造成变大功效,在特殊状况下将会与系统App产生串联谐振;脉冲电流电流扩大时过滤器承担随着加剧,将会导致过滤器负载;合理原材料耗费多,容积大。

——有源滤波器(APF)图4为APF电路机理图,APF根据试验电源电路试验出电力网中的脉冲电流电流,随后操纵整流电路造成相对的补偿电流份量,并引入到电力网中,以做到消谐的目地。APF滤波器特点不会受到系统App特性阻抗危害,可清除与系统App特性阻抗产生串联谐振的风险。与无源滤波器对比,具备高宽比可预测性和迅速回应性,不但能补偿各次脉冲电流,还能抑制电压闪变、补偿无功电流,性价比高比较有效。此外,APF具备响应式功能,可全自动追踪补偿转变着的脉冲电流。

APF按与系统App接口方式归类,可分成串连型、并联型、复合型和串-并联型。

并联型APF可等效电路为一调节计划电流源,关键适用理性电流源负荷的脉冲电流补偿。它能对脉冲电流和无功电流进行动态性补偿,而且补偿特点不会受到电力网特性阻抗危害。目前这种APF技术性已非常完善,大部分工业生产运作的APF多属该类过滤器。

串连型APF可等效电路为一调节计划电压源,适用于清除带电容器滤波器的二极管逆变电路等电压型脉冲电流源负荷系统对的危害,及其系统App侧电压脉冲电流与电压起伏对比较敏感负荷的危害。因为该类APF中穿过的电流为离散系统负荷电流,因而耗损很大;除此之外串连APF的投切、常见故障后的撤出等各种各样维护也较并联APF繁杂,因此目前独立应用该类APF的实例偏少,世界各国的科学研究多集中化在其与LC无源滤波器组成的复合型APF上[2]。

复合型APF就是说将基本APF上承担的基波电压移走,使有源产品只承担脉冲电流电压,进而可明显减少有源产品的容积,做到调节成本、提高工作效率的目地。在其中LC过滤器用于清除高次脉冲电流,APF用于补偿低次脉冲电流份量。

有源滤波技术性做为改进供电系统品质的一项核心技术,去日本、英国、法国等工业生产资本主义国家已获得了重视和日渐广泛的运用。可是有源滤波器也有一些必须进一步解决的难题,例如提升补偿容积、调节成本和耗损、进一步改进补偿特性、提升产品的可信性等。另外APF的常见故障还非常容易引起系统异常,因而世界各国对于技术性还维持着一定的慎重心态[4]。

——有源电源电路调节器(APLC)图5为有源路线调节器(APLC)的电路机理图,其构造与APF类似,因而以往许多 参考文献上面将其相当于APF。实际上,从基本机理上剖析,与APF单连接点脉冲电流抑止相较为,APLC是向互联网中某一(好多个)甄选连接点引入补偿电流,根据补偿电流在互联网中一定范围之内的流动性,保持该范围之内全部连接点脉冲电流电压的综合性抑止。即根据单连接点单产品的安置,做到多连接点脉冲电流电压环境整治的功能,APLC的出現,说明供电系统谐波电流治理正向着动态性、智能化、经济收益好的方位发展趋势。

5、脉冲电流环境整治的未来展望

日趋严重的脉冲电流环境污染已造成各层面的重视。伴随着对脉冲电流造成的机理、脉冲电流状况的进一步了解,将会寻找更为最好的方法抑止和清除脉冲电流,另外也有利于制订更为有效的脉冲电流管理办法规范。调整对脉冲电流科学研究的资金投入将会大大的飞速对脉冲电流难题的解决,自然脉冲电流难题的最后解决将在于相关技术性的发展趋势,非常是电力电子技术的发展趋势。伴随着社会经济、脉冲电流抑止技术性的进一步发展趋势、法纪的进一步完善和对最有效地率运用电力能源规定的提高,谐波电流治理难题最后将会获得妥当的解决。

伴随着计算机和电力工程集成电路工艺的发展趋势,有源电力工程过滤器的特性会非常好,价钱会急剧下降。而用以无源滤波器的电容器和电抗器的价钱却呈提高的发展趋势。因而有源电力工程过滤器将是将来脉冲电流抑止产品的关键发展前景。此外,电力电子技术中的有源功率因数校正技术性都是具有活力的。

6结束语

脉冲电流的环境整治工作中刻不容缓。清除电力工程电子系统脉冲电流环境污染的工作中,可称作电力电子技术运用的“绿色工程”。电力电子技术的发展趋势务必和这一工程项目同歩,那样才可以为最有效地率、清洁能源涵盖地运用电磁能开拓有效途径,推动人们社会经济的发展趋势和用电量机器产品的创新。另外,电力电子技术的营销推广和运用才可以有更加宽阔的发展前途。

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