电网电压谐波放大与抑制的研究

第６卷第４期　２０１０年１０月　沈阳工程学院学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈｅｎｙａｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　Ｖ０ｌ＿６　ＮＯ．４　Ｏｃｔ．２０１０　电网电压谐波放大与抑制的研究　胡黎明　，刘　磊　（１．韶关市擎能设计有限公司电气部，广东韶关５１２０２６；２．兰州交通大学，兰州７３００００）　摘要：介绍了低压电网谐波的放大机理，并对电网电压及电流谐波放大进行了研究．提出了电网谐波放大的抑制对　策．特别对电力电容器的串联电抗器的选择方法作了较为详尽的讨论，并总结出了相应情况下谐波放大抑制的方法．结　论表明了按电容支路串联谐振频率点选择电抗值的方法是可行的，而且具有直观的物理意义．　关键词：低压电网：谐波放大；谐波治理　中图分类号：ＴＭ７１４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—１６０３（２０１０）０４—０３３０—０３　为了提高低压电网功率因数，目前普遍的做法是　在配电变压器的低压侧并联电容器¨　．但运行中发现　电容器易损坏，其原因除一般的短路故障外，主要是由　谐波放大引起的　２ｊ．谐波放大可分为电压放大与电流　放大２种情况．产生放大的主要原因是电容器与电网　Ｋｖ．＝　／　（１）　式中，　为电容器与电抗上电压之和，即电容器支路　电压与系统谐波电压之比值．从图１可知　参数构成并联谐振与串联谐振，谐振造成的谐波大电　压与大电流会对电网的安全运行造成危害　Ｊ，导致电　式中，　、　、ｘ，、　分别为电容器、电抗器、负载、系统　等值基波电抗．　设Ｘ。＝ａＸｃ，当ｎ为系统谐波次数时，则Ｘｃ　＝　／　，Ｘ。　＝ｎＸ　，　＝　，，　＝，　．从式（２）推出　容器与用电设备损坏．　１谐波放大现象　１．１谐波电压放大现象　如果谐波源在变压器一次侧、二次侧装有电容器，　可将系统的谐波源视为谐波电压源．图１为谐波电压　放大分析电路．　Ｚ　Ｒ　［　妻＋　＋・】～　㈩　分析式（３）：①当Ｏｌ＝０时，令ｎ＝ｎ。＝　￣／ｘｃ／　＋Ｘ／　，则Ｋ　＝∞，系统出现并联谐振，　＝。。，电容支路出现过谐振过电压，危及负荷设备　安全以及系统附近设备安全；②当　≠０时，令，ｚ＝　ｎ０＝ｎｏ／（√１＋ｎｏｏｔ），Ｋ　＝。ｏ，系统也出现了并联谐　ＡＣ　振，当加上电抗器后谐振频率下降了许多．　１．２谐波电流放大现象　电网接入并联电容器后对于具有谐波电流源的电　——０　网如图２所示．且用户设备造成的谐波一般为谐波电　流源．　图１谐波电压放大分析电路　图１中，　一　分别为系统谐波阻抗及谐波电阻；　、图２中，电网ｎ次谐波阻抗　＝Ｒ　＋ｊ　，一般　Ｒ　≤Ｘｓ　，在电路中可忽略，负载的谐波感抗较电容器　的容抗大得多，一般不考虑负载的影响．设　为流过　电容支路的谐波电流，　为系统支路的谐波电流．　，２　尺　为系统负载谐波阻抗及电阻；　、ｘ。　为并联电　为了便于分析，根据低压电网实际，忽略系统谐波　容器及串联电抗器阻抗．　电阻及负载谐波电阻，引入谐波电压放大倍数　．　Ｉｃｎ　ｎＸ　，＋（ｎＸ￣－ＸＪｎ）Ｉ．　（４）收稿日期：２０１０—０４—１１　作者简介：胡黎明（１９８３一），女，湖北枝江人，助理工程师　第４期　胡黎明，等：电网电压谐波放大与抑制的研究　・３３１・　一　系统产生１倍的　与谐波一同注人电容器支路，使电　容器支路形成较大的谐波电压．　分析可知，　＜ｒ／＜，ｚ　为谐波电流严重放大区．串　联电抗Ｘ。越大时，ｎ　、ｎ　越小，严重放大区变小．但从　增加无功补偿与电抗器制作成本看电抗ｘｌ越小越　好　ｊ．而电抗ｘ．的增大会降低电路谐振频率，因此，　图２谐波电流放大分析电路　电路中电抗选择不当，虽然解决了某个频率点的谐振　问题，但又会造成新的频率点的谐振问题　Ｊ，所以有　，埘　Ｔ　ｎｘｌ—ｘ　ｃ／ｎ　南　（５）　必要对电抗器的选择作进一步的研究．　式中，ｎ为谐波次数；ｘ　、ｘ　、ｘ　分别为电力电容器、串　联电抗器及系统等效基波电抗．　从式（４）、（５）可知，流入电容器回路的谐波电流　Ｉ　ｌ和流入系统的谐波电流Ｉ，肼Ｉ均大于谐波电流　Ｉ　Ｌ　ｌ，这就是电容器对谐波电流的放大现象．　为了进一步分析谐波电流的放大情况，对式（４）、　２谐波放大的抑制与串联电抗器选择　谐波电流放大主要由系统与并联电容器引起　Ｊ．　电网在运行中其阻抗在不断变化，并联电容器的容量　也是随电网无功及不平衡情况变化　Ｊ．在电容器支路　上串联电抗器的目的，主要是消除电网已存在的谐波　（５）进行分析．引入参数　ｎＸ，一Ｘ／ｎ　＝—　Ｍ　电流谐振放大的条件．因此，如何选择电抗器及各个并　联电容器在电网无功及不平衡综合补偿中的投放顺序　（６）　是谐波放大抑制的关键．传统的按电容容抗百分比选　择电抗值的效果不十分理想．据此，这里采用了按电容　支路串联谐振频率点选择电抗值，其物理意义明确，可　操作性强　Ｊ．对于单个电容器，按串联谐振于２００　Ｈｚ　以Ｌ为基准引入电容支路及系统支路谐波电流　放大系数　、　，则　Ｋｏｎ：Ｉ　ｃｎ／ｌｎ　Ｋｓ　＝　／Ｉ．　（８）　选取电抗器；对于多个电容器，第１个电容器在１４５　Ｈｚ，从第２个电容器起，所有的电容器在２２５　Ｈｚ谐振　从式（４）、（５）得出　＝１／（１＋卢）　＝卢（１＋卢）　（９）　（１０）　点选择电抗器．投切时先投谐振于１４５　Ｈｚ的支路，此　时对３次、５次、７次谐波放大均有较好的抑制作用．在　电网中，这种选择方式使７次谐波得到了很好的抑制，　其他各次谐波也有不同程度的抑制．补偿后３次、５　当　＝一１时，１＋／３＝０，ｎ：√ｘ／（　＋ｘ　），电容　器和串联电抗器与系统发生并联谐振，谐波电流达到　最大值　＝∞、　＝。。、　＝∞、　＝∞，在未串人电　次、７次、９次谐波值分别为３．７—４．５　Ａ、６．２～８．９　Ａ、　６．８—１０．５　Ａ、３．３—３．９　Ａ．　抗器时谐振谐波次数为，ｚ＝√　／ｘ　，串人电抗器后谐　抗愈大其谐振谐波次数愈低，由此可见，串入电抗器可　振谐波次数为　。＝￣／ｘ／（　＋ｘ。）≤￣／ｘ／　．显然电　３　结　论　以降低谐振谐波次数，提高系统的稳定性．　当卢＝０时，ｌ＋卢＝１，　＝１，即　：Ｌ，谐波次数　，ｚ：　ｏ＝在低压电网中并联补偿电容时应考虑谐波放大情　况．为抑制谐波放大需要在电容上串联电抗器，电抗器　的选择应注意如下问题．　￣ｃ／／Ｘｉ，则Ｘ　／ｎ０＝ｎｏＸ。．这说明谐波电流，　全部流经电容器支路，而不流入系统，即，　＝０．电容　器支路发生串联谐振，相当于对ｎ　次谐波的滤波器．　１）按电容电感支路的谐振频率点计算电抗器值．　为保护电容器，应避开３、５、７次谐波频率点．建议频率　点选择为１４５　Ｈｚ、２２５　Ｈｚ、３４０　Ｈｚ．　２）如果需要电容电感支路有滤波作用，频率点应　选择在１５０　Ｈｚ、２５０　Ｈｚ、３５０　Ｈｚ．此时应考虑增加电容　器的额定电压值．　３）多电容器投切时应注意投切次序，低谐振频率　点支路应先投切．　当　＝一２时，，２：ｎ。＝Ｊｘ／￣２ｘ，＋　），　＝　一ｌ，　＝２，即　＝一　，　＝２Ｉ．．这说明此时电容器　支路是容性支路，产生１倍的Ｌ注入系统．使系统注　入２　，相当于放大了谐波电流．　当　＝０．５时，ｎ—ｎ　＝Ｊｘ／（２ｘ，＋Ｘ。），　＝２，　＝一ｌ，即　：２Ｌ，　＝一Ｌ．这说明此时谐波激发　・３３２・　沈阳工程学院学报（自然科学版）　第６卷　参考文献　［１］邵斌，李柄．谐波电流对低压并联电容器的危害［Ｊ］．　电力学报，２００１，１６（１）．　庆大学出版社，１９９１．　［５］李心广，秦华标，赖声礼，等．用神经网络实现三相不平衡　［２］李心广，赖声礼．低压电网综合补偿系统中的谐波处理　［Ｊ］．电力电容器，２０００（４）．　［３］国家技术监督局．ＧＢ／Ｔ１４５４９－－９３电能质量公用电网谐　波［ｓ］．北京：中国标准出版社，１９９３．　［４］许克明，徐云，刘付平．电力系统高次谐波［Ｍ］．重庆：重　与无功综合补偿［Ｊ］．电力电子技术，２００１，３５（１）：１３—１６．　［６］林向华．电力系统中谐波的危害、检测与抑制［Ｊ］．温州职　业技术学院学报，２００２（２）．　［７］ＢＥＲＧＬＡＮＤ　Ｇ　Ｄ．Ａ　Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　Ｕ—　ｓｉｎｇ　Ｂａｓｅ　８　Ｉｔｅｒａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｍａｔｈ　Ｃｏｍｐｕｔ，１９６８．　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｈａｒｍｏｎｉｃｓ　ｍａｇｎｉｆｙｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｉｎ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ＨＵ　Ｌｉ－ｍｉｎｇ　．Ｌｉｕ　Ｌｅｉ　（１．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｓｈａｏｇｕａｎ　Ｑｉｎｇｎｅｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｓｈａｏｇｕａｎ　５　１２０２６，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ　７３００００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ｈａｒｍｏｎｉｃｓ　ｍａｇｎｉｆｙｉｎｇ　ｉｎ　ｌｏｗ－ｖｏｌｔａｇｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｖｏｌｔａｇｅ　ａｎｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｈａｒｍｏｎｉｃｓ　ｍａｇｎｉｆｙｉｎｇ　ａｒｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｈａｒｍｏｎｉｃｓ　ｍａｇｎｉｆｙｉｎｇ　ａｒｅ　ｓｔｕｄ—　ｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅａｃｔｏｒ　ｖａｌｕｅ　ｃｈｏｏｓｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｒｅ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅａｃｔｏｒ　ｖａｌｕｅ　ｃｈｏｏｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｃａｐａｃｉｔｏｒ　ａｎｄ　ｒｅａｃｔｏｒ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｐｏｉｎｔ　ｉｎ　ｓｅｒｉｅｓ　ｉｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　Ｓ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｒａｎｓｐｉｃｕｏｕｓ　ｐｈｙｓｉｃｓ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ａｒｅ　ｅｘｐｌａｉｎｅｄ　ｉｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌｏｗ—ｖｏｌｔａｇｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ；ｈａｒｍｏｎｉｃｓ　ｍａｇｎｉｆｙｉｎｇ；ｈａｒｍｏｎｉｃｓ　ｄｉｓｐｏｓａｌ　（责任编辑（上接第３１７页）　参考文献　刘珂）　过程中消除了油动机上下波动的情况，转速摆动也控　制在８　ｒ／ｍｉｎ以内，改造后效果较好．经过一年多的运　行，机组主油泵和注油器运行平稳，调速系统依然保持　稳定．　［１］葛春光．汽轮机油系统缺陷对调节系统运行的影响分析　［Ｊ］．沈阳电力高等专科学校学报，２００３（２）．　［２］沈士一．汽轮机原理［Ｍ］．北京：水利电力出版社，１９９２．　［３］李宝玉，魏毓璞．汽轮机调节系统疑难问题解析［Ｍ］．北　京：化学工业出版社，２００６．　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　３＃ｔｕｒｂｉｎｅ　ｉｎ　ｚｈｕｈａｉ　ｃｅｌｖｌｌｏｓｅ　ｆｉｂｅｒｓ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．　．ＤＵＡＮＧ　Ｊｉａｎ　（Ｚｈｕｈａｉ　Ｃｅｌｖｌｌｏｓｅ　Ｆｉｂｅｒｓ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｚｈｕｈａｉ　５１９０７０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｏｆ　ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｍｏｔｉｖｅ，ｓｗｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ，ｌｏｗ　ｏｉｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｉｎ＃３　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｚｈｕｈａｉ　ｃｅｌｖｌｌｏｓｅ　ｆｉｂｅｒｓ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ　ａｒｅ　ｆｉｎｅｄ　ｏｕｔ　ｂｙ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｕｂｒｉｃａｔｏｒ．Ａｆｔｅｒ　ｄｅａｌｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｒｅｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｉｓ　ａｃｈｉｅｖｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｕｒｂｉｎｅ；ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ；ｌｕｂｒｉｃａｔｏｒ　（责任编辑刘珂）