一、電力系(xi)統諧波危(wei)害
①諧波會(hui)使公用電(diàn)網中的電(dian)力設備産(chan)生附加的(de)損耗，降低(di)了發電、輸(shu)電及用電(dian)設備的效(xiào)率。大量三(san)次🏃♂️諧波流(liú)過中線會(hui)使線路過(guo)熱，嚴重的(de)甚至可能(neng)引發火災(zāi)。②諧波會影(ying)響電氣設(shè)備的正常(cháng)工作，使儀(yi)器電機産(chǎn)生機械振(zhèn)動和噪聲(shēng)等故障，變(biàn)壓器局部(bù)嚴重過熱(rè)，電容‼️器、電(diàn)⭐纜等設備(bei)過熱📱，絕緣(yuán)部分老化(huà)、變質，設備(bei)❓壽命縮♻️減(jiǎn)，直至最終(zhong)損壞。
③諧波(bō)會引起電(dian)網諧振，可(kě)能将諧波(bo)電流放大(dà)幾倍甚⭕至(zhi)數十倍，會(hui)對系統構(gòu)成重大威(wēi)脅，特别是(shi)對電容器(qì)和與之串(chuàn)聯的🙇🏻電抗(kang)📐器，電網諧(xie)振常會使(shi)之燒毀。
④諧(xie)波會導緻(zhì)繼電保護(hu)和自動裝(zhuāng)置誤動作(zuo)，造成不🏃🏻♂️必(bi)要的供🌏電(diàn)中斷和損(sǔn)失。
⑤諧波會(huì)使電氣測(ce)量儀表計(jì)量不準确(què)，産生計量(liang)誤差，給供(gong)電部門或(huò)電力用戶(hu)帶來直接(jiē)的經濟損(sǔn)失。
⑥諧波會(hui)對設備附(fu)近的通信(xìn)系統産生(sheng)幹擾，輕則(ze)産生噪聲(sheng)，降低通信(xìn)質量;重則(zé)導緻信息(xi)丢失，使通(tōng)信系統無(wú)法正常工(gōng)作。
⑦諧波會(huì)幹擾計算(suàn)機系統等(děng)電子設備(bèi)的正常工(gong)作，造成數(shu)據丢失或(huò)死機。
⑧諧波(bo)會影響無(wu)線電發射(she)系統、雷達(da)系統、核磁(ci)共振等設(she)備的工作(zuò)性能，造成(cheng)噪聲幹擾(rao)和圖像紊(wěn)亂。
二、諧波(bō)檢測方法(fa)
消除諧波(bo)的方法很(hěn)多，即有主(zhǔ)動型，又有(yǒu)被動型；既(jì)有無源☁️的(de)，也有有源(yuán)的，還有混(hun)合型的，目(mù)前較爲先(xiān)進的💰是采(cǎi)用有源電(dian)力濾波器(qì)。但由于其(qi)檢測環節(jiē)多采用模(mó)拟電🔴路，因(yin)而造價較(jiào)高，且由🏃♀️于(yú)模拟帶通(tōng)濾波器對(dui)頻率和溫(wen)度的變化(huà)非常敏感(gǎn)，故使其基(jī)🈲波幅值誤(wu)差🐇很難控(kong)制在10%以内(nèi)，嚴重影響(xiǎng)了有源濾(lǜ)波器的控(kòng)制性能。近(jìn)年來，人工(gong)神經網絡(luò)的研🌈究取(qǔ)得了較大(da)☂️進展，由于(yu)神經元有(you)自适應和(he)自學習能(neng)🌍力，且結構(gòu)簡單，輸入(rù)☁️輸出關系(xi)明了，因此(cǐ)可用神經(jīng)元替代自(zi)适應濾波(bo)器，再用一(yi)對與基波(bo)頻率相同(tong)🚩，相位相差(chà)90度的正弦(xián)向量作爲(wèi)神經元的(de)輸入。由神(shén)經元先得(dé)到基波電(diàn)流，然後🈲檢(jian)測出應補(bǔ)償的電流(liu)，從而完成(cheng)諧波電流(liu)的檢測。但(dàn)人工神經(jīng)網絡的硬(yìng)件目前還(hái)是一個比(bǐ)較薄弱的(de)環節，限制(zhì)👉了其應用(yòng)範圍。
2.傅立(lì)葉變換
利(li)用傅立葉(yè)變換可在(zai)數字域進(jin)行諧波檢(jiǎn)測，電力系(xi)統的諧波(bo)分析，目前(qián)大都是通(tong)過該方法(fǎ)實現的，離(lí)散傅通測(cè)儀器立✂️葉(ye)變換所需(xu)要處理的(de)是經過采(cai)樣和A/D轉換(huàn)得到的數(shù)字信号💘，設(shè)待測信号(hao)爲x(t)，采樣間(jian)隔爲 t秒，采(cǎi)樣頻率 =1/ t滿(man)足采樣定(ding)理，即 大🔞于(yú)信号最高(gao)頻率分量(liang)的2倍，則采(cǎi)樣💁信号爲(wei)x(n t)，并且采樣(yang)信号總是(shi)有限長度(dù)的，即n=0，1……N-1。這相(xiàng)當于對無(wú)限長的信(xin)号😘做了截(jié)斷，因而造(zào)成了傅立(lì)葉變換的(de)洩露現象(xiàng)，産生誤差(chà)。此外，對于(yú)離散傅立(lì)葉變換來(lai)說，如果不(bú)是整數周(zhōu)期采樣，那(nà)麽即使信(xìn)号隻含有(yǒu)單一頻率(lǜ)，通測儀💰器(qi)離散傅立(li)葉變換也(yě)不可能求(qiú)出信号的(de)準确參數(shù)，因而出現(xiàn)🤞栅欄效應(ying)。通過加窗(chuang)可以減小(xiao)洩露現象(xiang)的🍓影響。
3.小(xiao)波變換
小(xiǎo)波變換已(yǐ)廣泛應用(yong)于信号分(fèn)析、語音識(shí)别與合成(chéng)、自動🈲控制(zhì)、圖象處理(lǐ)與分析等(deng)領域。電力(li)諧波是由(you)各種頻率(lü)成分合成(cheng)的、随機的(de)、出現和消(xiāo)通測儀器(qi)失都非常(chang)突然的信(xin)号，在應♈用(yong)離散☁️傅立(li)葉變換進(jin)行處理🔞受(shou)到局限的(de)情況下，可(kě)充分發揮(hui)小波變換(huàn)的優勢。即(ji)🐅對諧波采(cǎi)樣離散後(hou)，利用小波(bo)變換對數(shu)字信号進(jìn)行處理，從(cong)而實現對(duì)諧波的精(jing)确測定。小(xiǎo)波可以看(kàn)作是一個(gè)雙⛹🏻♀️窗函數(shu)，對一信号(hào)進行小波(bō)變換相當(dāng)于從這一(yī)時頻窗内(nei)的信息提(tí)取信号。對(dui)于檢測高(gāo)頻信息，時(shí)窗變窄，可(kě)對信号的(de)高頻分量(liang)做細緻的(de)觀測；對于(yu)分析低頻(pín)信息，這🌈時(shi)時窗自動(dòng)變寬，可對(dui)信号的低(dī)頻分量做(zuo)概貌分析(xi)。所以小🔴波(bo)變換具有(you)自動“調焦(jiāo)”性。其次，小(xiao)波變換是(shì)按頻帶👅而(er)不是按頻(pin)點的方式(shì)處理頻域(yù)信息，因此(cǐ)信号頻率(lü)的微小波(bo)動不會對(dui)處理産生(shēng)很大的影(yǐng)響，并不☎️要(yào)求對信号(hao)進行整🈲周(zhou)期采樣💚。另(lìng)外，由小波(bō)變換的時(shi)間局部可(ke)知，在信号(hao)的局部發(fā)生波動時(shi)，不會象💰傅(fù)立葉變換(huàn)🤩那樣把影(ying)響擴散到(dào)整個頻譜(pǔ)，而隻改變(bian)當時一小(xiǎo)段時間💃🏻的(de)頻譜分布(bù)，因此♌，采用(yòng)小波變☁️換(huàn)可以跟蹤(zōng)時變和暫(zàn)态信号。
三(sān)、電力系統(tong)諧波治理(li)
限于篇幅(fu)問題，本文(wén)在此隻介(jie)紹基于改(gai)造諧波源(yuán)本身的諧(xie)波抑制方(fang)法，基于改(gǎi)造諧波源(yuan)本身的諧(xié)✉️波抑制方(fang)法一般有(you)以下幾種(zhong)。(1)增加整流(liu)變壓器二(èr)次側整流(liu)的相數
對(dui)于帶有整(zheng)流元件的(de)設備，盡量(liàng)增加整流(liu)的相數或(huo)⭐脈動數，可(kě)以較好地(dì)消除低次(ci)特征諧波(bo)，該措施可(kě)減少諧💃波(bō)源産生的(de)諧❌波含量(liàng)，一般在工(gōng)程設計中(zhōng)予以考慮(lǜ)。因爲整流(liu)器是供電(diàn)系統👌中的(de)主要諧波(bō)源之一，其(qí)在交流側(cè)所産生的(de)高次諧波(bo)爲tK 1次諧☎️波(bo)，即整流裝(zhuāng)置從6脈動(dòng)諧波次數(shu)爲n=6K 1，如果增(zēng)加到12脈動(dong)時，其諧波(bō)次數爲n=12K 1(其(qi)中K爲正🏃整(zhěng)數)，這樣就(jiù)可🌈以消除(chú)5、7等次諧波(bo)，因此增加(jiā)整💜流的相(xiang)數或脈動(dòng)數，可有效(xiào)地抑制低(dī)次諧波。不(bú)過，這種方(fāng)法雖然在(zài)理論上可(kě)以實現，但(dan)是在實際(jì)應用中的(de)投資過大(da)，在技術♻️上(shàng)對消除諧(xie)波并不十(shi)分有效，該(gāi)方法多用(yòng)于大容‼️量(liàng)的整流裝(zhuang)🔞置負載。
(2)整(zhěng)流變壓器(qì)采用Y/或/Y接(jiē)線
該方法(fa)可抑制3的(de)倍數次的(de)高次諧波(bō)，以整流變(biàn)壓器采用(yong)/Y接線形式(shi)爲例說明(ming)其原理，當(dāng)高次諧波(bo)電流從晶(jing)閘管反串(chuàn)到變壓器(qi)副邊繞組(zu)内時，其中(zhōng)3的倍數次(ci)高次諧🔴波(bo)電流無路(lu)可通，所以(yi)自然就被(bèi)抑制而不(bu)存在。但将(jiāng)導緻鐵心(xīn)内出現3的(de)倍數次高(gāo)次諧波磁(cí)通(三相相(xiang)位一緻)，而(er)該磁通将(jiāng)在變壓器(qi)原✏️邊繞組(zǔ)内産生3的(de)倍數次高(gāo)次💜諧波電(dian)動勢，從而(ér)産生3的倍(bèi)數🎯次的高(gāo)🏃🏻次諧波電(dian)流。因爲🔅它(tā)們相位一(yī)緻，隻🌂能在(zai) 形繞組内(nèi)産生環流(liu)，将能量消(xiao)耗在繞組(zǔ)的電阻中(zhong)，故原邊繞(rao)組端子上(shang)不會出現(xiàn)3的倍數次(ci)的高次諧(xie)波電動勢(shì)。從以上分(fèn)析可以看(kan)出，三相晶(jing)閘💘管整流(liu)裝置的整(zhěng)流變壓👄器(qì)采用這種(zhǒng)接線形式(shì)時，諧波📧源(yuan)産生的3n(n是(shi)正整數)次(ci)諧波激磁(ci)電流在接(jiē)線繞組内(nèi)形❄️成環流(liú)，不緻使諧(xié)波注入公(gong)共電網。這(zhe)種接線形(xíng)式的優點(dian)是可以自(zì)然消除3的(de)整數倍次(cì)的諧波，是(shi)抑制高次(ci)諧波的最(zui)基本方法(fa)，該方法也(ye)多用于大(da)容量的整(zhěng)流裝置負(fù)載。
(3)盡量選(xuan)用高功率(lǜ)因數的整(zhěng)流器
采用(yong)整流器的(de)多重化來(lai)減少諧波(bō)是一種傳(chuán)統方🌂法，用(yong)該方法🌈構(gou)成的整流(liu)器還不足(zú)以稱之爲(wèi)高功率因(yin)數整☎️流器(qi)♉。高功率因(yin)㊙️數整流器(qi)是一種通(tong)過對整流(liu)器本身進(jin)行改造☂️，使(shi)其盡量不(bu)産生諧波(bō)，其電流和(he)電壓同相(xiang)位的組合(hé)裝置，這種(zhǒng)整流器可(ke)以被稱爲(wei)單位功率(lǜ)因數變流(liú)器(UPFC)。該方法(fa)隻能在設(she)備設計過(guò)程中加以(yǐ)注意，從而(er)得到實踐(jiàn)中的諧波(bo)❤️抑制效果(guo)。
(4)整流電路(lu)的多重化(hua)
整流電路(lù)的多重化(hua)，即将多個(ge)方波疊加(jiā)，以消除次(ci)數較低的(de)諧🤩波，從而(ér)得到接近(jin)正弦波的(de)階梯波。重(zhong)💔數越多，波(bō)形越接近(jin)正弦波，但(dàn)其電路也(ye)越複雜，因(yīn)此該方法(fǎ)一般隻用(yòng)于大容量(liàng)場合。另外(wai)，該方法不(bú)僅可以減(jiǎn)少交流輸(shu)入電流的(de)♊諧波，同時(shi)🚩也可以減(jian)少直流輸(shu)出電壓中(zhōng)的諧波幅(fu)值，并提高(gao)紋波頻率(lü)。如果把上(shang)述方法與(yu)PWM技術配合(he)🚩使用，則會(hui)産生很好(hao)的諧波抑(yi)🔴制效果🐇。該(gāi)方法用于(yu)橋式整流(liú)電路中，以(yǐ)減少輸入(rù)電流的諧(xie)波。
當然，除(chú)了基于改(gai)造諧波源(yuán)本身的諧(xié)波抑制方(fang)法，還有✊基(jī)于諧❄️波補(bu)償裝置功(gong)能的諧波(bo)抑制方法(fǎ)，它包括❄️加(jia)裝無源濾(lǜ)波器、加裝(zhuāng)有源濾波(bō)器、裝設靜(jing)止無功補(bu)償裝置(SVC)等(deng)等，在此就(jiù)不再詳細(xì)論述。