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电力谐波治理的方法

目前常用的电力谐波治理的方法无外乎有三种,KYLB无源滤波装置、KYAPF有源滤波装置、KYLB动态无功补偿装置。下面就谈谈这三种方法的优缺点以及市场前景及其经济效益的分析。


1. KYLB无源滤波装置


KYLB无源滤波装置的主要是用电抗器与电容器构成,KYLB无源滤波装置的成本较低,经济,简便,因此获得广泛应用。KYLB无源滤波装置可以分为并联滤波器与串联滤波器。


1.1无源并联滤波器


现有的谐波滤除装置大都使用无源并联滤波器,对每一种频率的谐波需要使用一组滤波器,通常需要使用多组滤波器用以滤除不同频率的谐波。多组滤波器的使用造成结构复杂,成本增高,并且由于通常的系统中含有无限多种频率的谐波成分,因此无法将谐波全部滤除。不仅如此,由于并联滤波器对谐波的阻抗很低,通常会使谐波源产生更大的谐波电流,谐振在不同频率的滤波器还会互相干扰,例如7次谐波滤波器就可能会放大5次谐波。因此,如果有人将并联滤波器安装前后的谐波情况做过对比,就会发现:虽然滤波器安装以后影响系统的谐波电流减小,但是各滤波器中以及进入系统的谐波电流之和远远超过未安装滤波器之前,谐波源产生的谐波电流也超过未安装滤波器之前。


从广义的角度来讲,频率不等于工频频率的成分统统都是谐波。因此,工频是单一频率,而谐波有无限多种频率,可见谐波具有无限的复杂性,使用并联滤波器的方法显然无法对付无限频率成分的谐波。


1.2无源串联滤波器


由电感与电容串联构成的LC串联滤波器,具有一个阻抗很低的串联谐振点,如果我们构造一个串联谐振点为工频频率的串联滤波器,并将其串联在线路中,就可以滤掉所有的谐波。这就是本文介绍的串联滤波器,串联滤波器由电感和电容串联而成,并且串联连接在电源与负荷之间,因此串联滤波器的“串联”二字具有双重意思:一个意思表示电感与电容串联,另一个意思表示串联在电路中使用。


在三相电路中均接入串联滤波器,由于串联带通滤波器对基波电流的阻抗很小,而对谐波电流的阻抗很大,于是只用一组滤波器就可以滤除所有频率的谐波。


串联滤波器对于谐振点频率的电流具有极低的阻抗,对于偏离谐振点频率的电流,则阻抗增大,偏离的越多,阻抗越大。对于比谐振点频率高的电流成分,电感的阻抗为主,对于比谐振点频率低的电流成分,电容的阻抗为主。由于谐波成分通常比基波频率高,因此滤除谐波的工作主要由电感完成,电容的作用是抵消电感对工频基波的阻抗。


由于滤除谐波的作用主要由电感完成,因此电感量越大滤除谐波的效果越好。但是电感量越大则价格越高,损耗越大,因此从成本及损耗上去考虑问题则希望电感量越小越好。当电感的基波感抗小于负荷等效基波阻抗的50%时,不能实现良好的滤波效果(负荷等效基波阻抗就是负荷相电压有效值与相电流有效值的比值)。因此电感的基波感抗必须大于负荷等效基波阻抗的50%。


对于电容器的选择与电感的选择情况不同,电感的匝数可以随意设计,而电容器的耐压只有固定的若干等级,不能随意设计。比如在低压配电系统中,就只有耐压230V与400V的电力电容器可供选择。由于电容器串联在电路中,电容器中的电流即为负荷电流,当电容器的实际工作电压等于其额定电压时,电容器中流过的电流等于电容器的额定电流,电容器得到充分的利用,因此,当电容器的实际工作电压等于其额定电压时,电容器的成本*低。


实际的串联滤波器成本主要由电感与电容器的成本构成。串联谐振的电感与电容对基波的阻抗相等并且电流相同,因此电感与电容的基波工作电压相同。前面已经说明,当电容器的实际工作电压等于其额定电压时,电容器的成本*低,因此电感的实际工作电压应该等于电容器的额定电压。电容器的额定电压等级大都与电网电压相当,如果电感的实际工作电压等于电容器的额定电压,相当于电感阻抗与负荷阻抗相当,可以取得*好的性能价格比。在这个基础上,如果提高电感的感抗,虽然滤波效果可以提高但提高不多,电感的成本增加,电容器需要串联,成本急剧增加,性能价格比下降,因此电感的基波感抗大于负荷等效基波阻抗的200%没有实际意义,如果降低电感的感抗,则滤波效果下降,电感的成本降低,电容器的容量增加因此成本增加,性能价格比也下降。为了获得足够的可靠性,电感与电容器的实际工作电压应略低于电容器的额定电压。


当谐波电流由外网窜入而影响内网负荷设备的正常运行时,在电源与负荷设备之间接入串联滤波器就可以阻挡谐波保证负荷设备的正常运行。


当谐波由内网设备产生而影响系统时,产生谐波的设备即为谐波源,在谐波源与电源之间接入串联滤波器就可以使谐波源产生的谐波电流大幅度减小。这里需要注意:串联滤波器使谐波源自身产生的谐波电流减小,相当于使污染源产生的污染减小,是治本的手段。而并联滤波器并不能减小谐波源产生的谐波,而是为谐波电流提供一个低阻抗的通道,避免谐波电流污染系统,相当于先污染再治理的方式,是治标的手段。不仅如此,由于并联滤波器对谐波的阻抗很低,通常会使谐波源产生更大的谐波电流。


当串联滤波器连接在电源与谐波源之间时,谐波源的输入电压波形会发生严重畸变,正时这种电压波形的畸变使得谐波源的电流接近正弦波。这种输入电压波形畸变可能会影响谐波源控制电路的正常运行,如果出现控制电路不能正常运行的情况,应该将控制电路的电源改接至串联滤波器的前端。


2.KYAPF有源滤波装置


KYAPF有源滤波装置是在KYLB无源滤波装置的基础上发展起来的。


2.1 KYAPF有源滤波装置的优点


KYAPF有源滤波装置能做到适时补偿,且不增加电网的容性元件,滤波效果好,在其额定的无功功率范围内,滤波效果是百分之百的。


2.2、KYAPF有源滤波装置的缺点


KYAPF有源滤波装置由于受到电力电子元件耐压,额定电流的发展限制,瞬间电流有时极大,KYAPF有源滤波装置解决不了瞬间电流稍大电器电子元件就坏问题,且成本极高,其制作也较之KYLB无源滤波装置复杂得多,成本也就高得多了。对单台的KYAPF有源滤波装置而言,成本极高,用户接受不了,一般不愿意用KYAPF有源滤波装置,对于谐波的含量,不必滤得太干净,只要不危害其他用电器也就可以了。


2.3KYAPF有源滤波装置的原理


KYAPF有源滤波装置主要是由电力电子元件组成电路,使之产生一个和系统的谐波同频率、同幅度,但相位相反的谐波电流与系统中的谐波电流抵消。


2.4 KYAPF有源滤波装置的适用场合


KYAPF有源滤波装置主要的应用范围是计算机控制系统的供电系统,尤其是写字楼的供电系统,工厂的计算机控制供电系统。


3.KYLB动态无功补偿装置


人们对有功功率的理解非常容易,而要深刻认识无功功率却并不是轻而易举的。在正弦电路中,无功功率的概念是清楚的,而在含有谐波时,至今尚无获得公认的无功功率定义。但是,对无功功率这一概念的重要性,对无功补偿重要性的认识,却是一致的。KYLB动态无功补偿装置应包含对基波无功功率补偿和对谐波无功功率的补偿。


3.1谐波和无功功率的产生


在工业和生活用电负载中,阻感负载占有很大的比例。异步电动机、变压器、荧光灯等都是典型的阻感负载。异步电动机和变压器所消耗的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占有很高的比例。电力系统中的电抗器和架空线等也消耗一些无功功率。阻感负载必须吸收无功功率才能正常工作,这是由其本身的性质所决定的。


电力电子装置等非线性装置也要消耗无功功率,特别是各种相控装置。如相控整流器、相控交流功率调整电路和周波变流器,在工作时基波电流滞后于电网电压,要消耗大量的无功功率。另外,这些装置也会产生大量的谐波电流,谐波源都是要消耗无功功率的。二极管整流电路的基波�


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