電能質(zhì)量問題與濾波器的發(fā)展

電能是當(dāng)代主要的能源形式，用電問題也日益顯現(xiàn)。如今，用電負荷日趨復(fù)雜化和多樣化，相應(yīng)的，帶來的各種靜態(tài)電磁干擾問題成為用戶關(guān)注的焦點。計算機，微處理器電子和電氣設(shè)備被大量使用，這些設(shè)備對電力系中暫態(tài)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。因為這些問題，電能質(zhì)量不可避免成為了如今的電力問題的關(guān)鍵。

電能質(zhì)量是指電力系統(tǒng)中電能的質(zhì)量。理想的電能應(yīng)該是對稱的正弦波。一些因素會使波形偏離對稱正弦，由此便產(chǎn)生了電能質(zhì)量問題。一方面我們研究存在哪些影響因素會導(dǎo)致電能質(zhì)量問題，一方面我們研究這些因素會導(dǎo)致哪些方面的問題，我們要研究如何規(guī)避這些因素，從而使電能接近正弦波。

電能質(zhì)量內(nèi)容分為兩大類:“穩(wěn)態(tài)”和“暫/瞬態(tài)”。國標(biāo)中涉及的:諧波、頻率、電壓不平衡度、電壓偏差屬“穩(wěn)態(tài)”;電壓波動和閃變、暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓、電壓驟升、驟降、短時斷電屬“瞬態(tài)”。

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里葉級數(shù)計算所得到的大于基波頻率整數(shù)倍的各次分量，通常稱為高次諧波，而基波是指其頻率與工頻(50Hz)相同的分量。

諧波具有以下危害：

1)由于諧波的存在，增加了系統(tǒng)中元件的附加諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的使用效率。大量的3次諧波流過中線時，會使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。

2)諧波影響各種電氣設(shè)備，特別是電機類設(shè)備的正常工作。諧波對旋轉(zhuǎn)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于對電機的影響，比如電弧爐變壓器由于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(zhuǎn)電機和變壓器的影響其次是產(chǎn)生機械振動、噪聲和諧波過電壓。當(dāng)諧波頻率接近電機的固有振動頻率時，會引起電機的強烈

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)電力系統(tǒng)中電容器的應(yīng)用可能會導(dǎo)致的諧振，是一個需要非常重視的問題。當(dāng)諧波頻率與輸電系統(tǒng)固有的特征頻率重合時，可能會放大諧波分量，產(chǎn)生非常大的電壓和電流。這導(dǎo)致設(shè)備的附加損耗和發(fā)熱，縮短電容器壽命，以致造成設(shè)備故障。大量調(diào)查表明，電容器和與之串聯(lián)的電抗器的燒毀在諧波引起的事故中約占75%。

4)諧波電流除了會增加繼電器的發(fā)熱和損耗之外，還會導(dǎo)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例，當(dāng)含諧波的畸變電壓作用于繼電器時，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(xiàn)拒動，而欠電壓繼電器則可能誤功。此外，在動態(tài)情況下，如投入空教變壓器時會產(chǎn)生諸波含量很高的勵磁涌流，造成繼電器誤動作而使開關(guān)跳閘。

利用設(shè)置作為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(dāng)組合而成的并聯(lián)濾波裝置來控制諧波電流。通常將產(chǎn)生諧波的負荷看做是諧波電流源。無源濾波器的作用是為諧波電流i提供一個低阻抗的通路或諧振回路，通過分流非線性負荷所產(chǎn)生的諧波電流來減少流入電網(wǎng)的諧波電流isH。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，無源濾波器可分為帶通濾波器(包括單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、三調(diào)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(yōu)點：無源濾波器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、運行可靠性較高、運行費用較低。

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

為了應(yīng)對日益復(fù)雜的諧波補償問題，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的有源濾波器逐漸被廣泛應(yīng)用。有源電力濾波器（Active Power Filter，簡稱APF）是一種用于動態(tài)治理諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無功進行補償。有源濾波器之所以稱為有源，顧名思義該裝置需要提供電源（用以補償主電路的諧波），其應(yīng)用可克服LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波治理和無功補償方法的缺點（傳統(tǒng)的只能固定補償），實現(xiàn)了動態(tài)跟蹤補償，而且可以既補諧波又補無功。

安科瑞是上海安科瑞電氣股份有限公司的簡稱，是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的高科技股份制企業(yè)。公司具有豐富的有源電力濾波器的生產(chǎn)和應(yīng)用經(jīng)驗，在電能質(zhì)量方面致力于服務(wù)客戶，為客戶創(chuàng)造價值。

審核編輯：符乾江