淺談電能質(zhì)量問(wèn)題與濾波器的發(fā)展

   電能是當代主要的能源形式，用電問(wèn)題也日益顯現。如今，用電負荷日趨復雜化和多樣化，相應的，帶來(lái)的各種靜態(tài)電磁干擾問(wèn)題成為用戶(hù)關(guān)注的焦點(diǎn)。計算機，微處理器電子和電氣設備被大量使用，這些設備對電力系中暫態(tài)問(wèn)題的靈敏程度和對供電可靠性的依賴(lài)程度也變得越來(lái)越高。因為這些問(wèn)題，電能質(zhì)量不可避免成為了如今的電力問(wèn)題的關(guān)鍵。

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

   電能質(zhì)量?jì)热莘譃閮纱箢?lèi):“穩態(tài)"和“暫/瞬態(tài)"。國標中涉及的:諧波、頻率、電壓不平衡度、電壓偏差屬“穩態(tài)";電壓波動(dòng)和閃變、暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓、電壓驟升、驟降、短時(shí)斷電屬“瞬態(tài)"。

   本篇文章主要討論諧波問(wèn)題及其治理方法。諧波是指對周期性非正弦交流量進(jìn)行傅里葉級數計算所得到的大于基波頻率整數倍的各次分量，通常稱(chēng)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，增加了系統中元件的附加諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設備的使用效率。大量的3次諧波流過(guò)中線(xiàn)時(shí)，會(huì )使線(xiàn)路過(guò)熱甚至發(fā)生火災。

2)諧波影響各種電氣設備，特別是電機類(lèi)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(guò)電機和變壓器時(shí)，將會(huì )增加鐵心損耗以及銅損，引起過(guò)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(guò)程中的電流的劇烈波動(dòng)，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(chǎn)生機械振動(dòng)、噪聲和諧波過(guò)電壓。當諧波頻率接近電機的固有振動(dòng)頻率時(shí)，會(huì )引起電機的強烈

振動(dòng)。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(lái)進(jìn)行估算。

3)電力系統中電容器的應用可能會(huì )導致的諧振，是一個(gè)需要非常重視的問(wèn)題。當諧波頻率與輸電系統固有的特征頻率重合時(shí)，可能會(huì )放大諧波分量，產(chǎn)生非常大的電壓和電流。這導致設備的附加損耗和發(fā)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(huì )增加繼電器的發(fā)熱和損耗之外，還會(huì )導致動(dòng)作特性改變，以致造成保護裝置的拒動(dòng)或誤動(dòng)。比如以電磁型電壓繼電器為例，當含諧波的畸變電壓作用于繼電器時(shí)，動(dòng)作值總是比繼電器剛好動(dòng)作的基波分量電壓合理值大，即過(guò)電壓繼電器有可能出現拒動(dòng)，而欠電壓繼電器則可能誤功。此外，在動(dòng)態(tài)情況下，如投入空教變壓器時(shí)會(huì )產(chǎn)生諸波含量很高的勵磁涌流，造成繼電器誤動(dòng)作而使開(kāi)關(guān)跳閘。

   利用設置作為諧波源的非線(xiàn)性負荷附近的無(wú)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并聯(lián)濾波裝置來(lái)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(wú)源濾波器的作用是為諧波電流i提供一個(gè)低阻抗的通路或諧振回路，通過(guò)分流非線(xiàn)性負荷所產(chǎn)生的諧波電流來(lái)減少流入電網(wǎng)的諧波電流isH。根據結構不同，無(wú)源濾波器可分為帶通濾波器(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(wú)源濾波器具有以下特點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：無(wú)源濾波器具有結構簡(jiǎn)單、成本低廉、運行可靠性較高、運行費用較低。

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

   為了應對日益復雜的諧波補償問(wèn)題，隨著(zhù)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用。有源電力濾波器（Active Power Filter，簡(jiǎn)稱(chēng)APF）是一種用于動(dòng)態(tài)治理諧波、補償無(wú)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(wú)功進(jìn)行補償。有源濾波器之所以稱(chēng)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），其應用可克服LC濾波器等傳統的諧波治理和無(wú)功補償方法的缺點(diǎn)（傳統的只能固定補償），實(shí)現了動(dòng)態(tài)跟蹤補償，而且可以既補諧波又補無(wú)功。

   安科瑞是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)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)和應用經(jīng)驗，在電能質(zhì)量方面致力于服務(wù)客戶(hù)，為客戶(hù)創(chuàng )造價(jià)值。

編輯：安科瑞 孫斌

公司：江蘇安科瑞電器制造有限公司