动态无功补偿及谐波治理装置设计与讨论

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1、动态无功补偿及谐波治理装置设计与讨论引言天津市津南区谐波源主要集中在冶炼、轧钢、机械、电子等行业，这些企业普遍使用中频炉或晶闸管整流设备，由此产生的电力谐波已严重影响电力系统的安全运行，人幅增加电力系统的无功损耗。依据我国《电能质量公用电网谐波》标准，对谐波源监测并治理，同时做好无功补偿工作，不但可起到扩人现有输变电设备供电能力，改善电能质量、降低线路损耗、缓解供电能力不足的作用，而且还能取得良好的经济效益，如延长供用电设备的使用寿命，降低用八的电费支出等。在用户对电能质量要求越来越高的趋势下，供电企业有义务担负起保证电能质量这一重任。为此，我们与津开电气有限公司合作

2、设计并开发了“动态无功补偿及谐波治理装置”。1电网中无功损耗过大和谐波的危害1.1无功功率和谐波根据电磁感应原理，许多用电设备依靠建立交变磁场进行能量的转换和传递，为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率。在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越人越好。这样电路屮的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用來供给有功功率，从而提高电能输送的功率。电力系统中，理论上的电压和电流波形是工频卜的正眩波，但实际的波形总有不同的非正弦畸变。谐波的概念实际来口于研究正弦波形畸变的数学方法,国际上公认的谐波定义为:“谐波是一

3、个周期电气量的止弦波分量，其频率为基波的整数倍”。在电力系统中，我们通常所说的谐波主要是指频率是基波频率整数倍的正弦波，也常称为高次谐波。从数学的角度来分析谐波，可以更清楚地理解它。根据傅立叶级数，任何周期波形都可以被展开为傅立叶级数，即(1)式中：«是一个角频率的周期函数；qsin(q/+%)是基波分量，幅值为q,相位为(p；cnsin(H690r4-(pn)是第n(n>l)次谐波分量，幅值为c“,相位为乌。当电力系统有较强的谐波源，又没有采取有效的抑制措施，电网的电压或电流波形就会发生畸变。可以用傅立叶级数将畸变的电压波形u(t)或电流波形i(t)表示成若干个止

4、弦波叠加的形式，即Nu(t)=sin⑷f+©)+，ypiu“+%)(2)n=2Ni(t)=5/2/(sin(®f+©)+工sin(H

5、量导致有功出力不足，负荷电流增大，线路损耗增加等。电力谐波对电网的影响更为严重：影响继电保护和自动装置；导致中性线电流过大；降低电网电压，浪费电网的容量；缩短电器设备的使用寿命；干扰通讯；影响电力测量的准确性；影响人的脑磁场与心磁场。2电能质量的分析方法由于公用电网中的谐波对用电设备和电网本身都会造成很大的危害，我们需要采取措施对谐波进行抑制。同时，在实际系统中，完全消除谐波是不町能的，为保证电能质量，保证系统的安全经济运行，世界上许多国家都给出了限制电网谐波的国家标准，或由权威机构制定限制谐波的规定，世界各国制定的谐波标准人都比较接近。为此，在我国现行的标准是国家技

6、术监督局于1993年发布的屮华人民共和国国家标准GB/T14549-93《电能质量公川电网谐波》，该标准从1994年3月1日开始实施。2.1无功补偿的常见方法2.1.1低压个别补偿根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地少川电设备并联,通过控制、保护装置与电机同时投切。2.1.2低压集屮补偿将低压电容器通过低压开关联在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低床母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。2.2谐波分析方法谐波的分析方法有多种数学模型，廿前较为流行的是针对稳态谐波的傅立叶变换法和针对暂态谐波的小波变换检测法。2.2

7、.1FFT(快速傅立叶变换)变换法利川FFT变换來检测电力谐波是一种以数字信号处理为基础的测量方法，其基本过程是对待测信号（电压或电流）进行采样，经A/D转换，再川计算机进行傅立叶变换，得到各次谐波的幅值和相位系数。2.2.2小波变换检测法小波分析吸取了现代数学中的函数逼近理论、分形理论、傅立叶变换及数字信号处理等学科的精华，可灵活选取小波基濒数。小波变换由于克服了傅立叶变换在频域完全局部化而在时域完全无局部性的缺点，即它在时域和频域同时具有局部性，因此通过小波变换対谐波信号进行分析可获得所对应的时间信息。3谐波治理措施在电力系统中对谐波的抑制就是如