[發(fā)明專利]一種多諧波源諧波隔離裝置

無效

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• 申請日: 2008-07-25
• 公開（公告）號: CN102427232A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李曉明;李晶
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02J3/18
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所 42001
• 代理人: 黃瑞棠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種諧波治理技術(shù)，尤其涉及一種多諧波源諧波隔離裝置。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代工業(yè)和民用供電系統(tǒng)中，由于存在大量非線性負(fù)載，例如：電弧爐、感應(yīng)爐、電力機(jī)車、整流設(shè)備、變頻設(shè)備、日光燈、氣體放電燈以及其它含有大功率半導(dǎo)體器件或電弧、鐵磁設(shè)備等非線性負(fù)荷，在電網(wǎng)中就會產(chǎn)生相應(yīng)的非線性電流；而非線性電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，使供電電壓波形發(fā)生畸變，變?yōu)榉钦也ǎ环钦也煞纸鉃?0Hz的工頻基波和許多整數(shù)倍于基波的諧波(2次、3次、4次、5次，……)。其中諧波對電網(wǎng)和電氣設(shè)備將產(chǎn)生不良影響，其主要危害如下：

①使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的使用效率；

②影響各種電氣設(shè)備的正常工作，如使電動機(jī)引起附加損耗、產(chǎn)生機(jī)械震動、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過熱、絕緣老化、壽命縮短以至損壞；

③引起電網(wǎng)局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，引起電網(wǎng)嚴(yán)重事故；

④對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者引起噪聲、降低通信質(zhì)量，重者導(dǎo)致信息丟失、干擾通信系統(tǒng)正常工作；

⑤導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置誤動作，使電氣測量儀表不準(zhǔn)確，直接影響正常生產(chǎn)和電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

為了限制諧波對電網(wǎng)和電氣設(shè)備的不良影響，我國制定了相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)：《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》GB/T?14549-1993。

目前，國內(nèi)外普遍采用的諧波治理裝置有兩類：

一類是基于調(diào)諧吸收諧波電流原理的無源濾波裝置。它由線性無源器件——電感L、電容C、電阻R所構(gòu)成的若干個不同次數(shù)的諧波濾波器并聯(lián)而成。各次諧波濾波器在本次諧波頻率附近或者在某一個頻帶內(nèi)呈現(xiàn)低阻抗，吸收相應(yīng)的諧波電流，從而使電網(wǎng)中的諧波電流減少；當(dāng)LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時，即可阻止該次諧波流入電網(wǎng)，達(dá)到抑制諧波的目的。

另一類是基于瞬時無功功率理論的諧波電流抵消原理的有源濾波裝置。它利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實(shí)時補(bǔ)償諧波電流的目的。

由于無源濾波裝置具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，同時，還能補(bǔ)償一定數(shù)量的無功功率，所以目前無源濾波裝置仍然是國內(nèi)外電力系統(tǒng)抑制諧波的主要手段。但它也存在一些固有的缺陷：①只能抑制固定的幾次諧波，并對某次諧波在一定條件下會產(chǎn)生諧振而使諧波放大；②只能補(bǔ)償固定的無功功率，對變化的無功負(fù)載不能進(jìn)行精確補(bǔ)償；③無源濾波裝置有效材料消耗多、體積大；④濾波要求和無功補(bǔ)償、調(diào)壓要求有時難以協(xié)調(diào)；⑤濾波效果易受元件或系統(tǒng)參數(shù)、以及電網(wǎng)頻率等變化的影響；⑥在某些條件下可能和系統(tǒng)發(fā)生諧振，引發(fā)事故；⑦當(dāng)諧波源增大時，濾波器負(fù)擔(dān)隨之加重，可能導(dǎo)致因諧波過載不能運(yùn)行等。

有源濾波裝置是20世紀(jì)80年代后，隨著新型電力半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，脈寬調(diào)制技術(shù)(PMW)的發(fā)展，以及基于瞬時無功功率的理論的諧波電流檢測法的提出而產(chǎn)生的一種新型濾波裝置，與無源濾波器(Power?Filter)相比，有源濾波器(APF，Active?Power?Filter)具有高精度可控性和快速響應(yīng)性；不僅能補(bǔ)償各次諧波，還可抑制閃變、補(bǔ)償無功；濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)；可自動跟蹤負(fù)荷的變化，具有動態(tài)諧波等無源濾波器所不具備的巨大技術(shù)優(yōu)勢。但有源濾波裝置存在以下問題限制了其使用：

①有源濾波裝置成本高，與無源濾波裝置相比，設(shè)備的初期費(fèi)用偏大。據(jù)文獻(xiàn)記載，目前這兩者的費(fèi)用比大約在7∶1左右。但從長遠(yuǎn)來看，隨著電力電子器件價(jià)格的下降，這個比值會隨著技術(shù)的成熟而大幅下降；

②有源濾波裝置自身損耗大，濾波容量小。據(jù)文獻(xiàn)記載，與無源濾波裝置相比，有源電力濾裝置的損耗要達(dá)到50～90W/kVA，大約是無源濾波裝置(2～4.5W/kVA)的20倍。較高的損耗，即妨礙設(shè)備容量的進(jìn)一步提高，也增加了運(yùn)行成本。

③有源濾波裝置工作在高頻狀態(tài)下產(chǎn)生的較大的電磁干擾和電磁元件發(fā)熱。

目前，有時可以將上述兩類裝置混合使用，取長補(bǔ)短。但對于具有豐富的諧波含量的非線性負(fù)荷(諧波源)的濾波，無源濾波裝置需要設(shè)計(jì)更多次濾波器，其成本高、損耗大。有源濾波裝置也需要更高的檢測和響應(yīng)速度。然而，在這種情況下，現(xiàn)有的無源濾波裝置和有源濾波裝置的諧波治理效果都不佳。在許多場合下，雖然采用了濾波措施，但監(jiān)測點(diǎn)的諧波含量仍然超標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容