電力系統專業技術論文
不斷進步的電力系統為現代控制技術在實際生產、生活中提供了強有力的技術支援，小編為大家整理的，希望你們喜歡。
篇一
淺談電力系統諧波
【摘要】本文主要就電力系統諧波產生的原因、危害和抑制諧波的措施進行了闡述。結合晉煤集團煤礦供電系統的實踐應用情況。
【關鍵詞】電力諧波;諧波危害;諧波治理
隨著電力電子技術的發展，電力系統中增加了大量的非線性負荷，由其產生的高次諧波的危害對電力系統安全帶來的極大影響。因此，有效地治理諧波就成為輸配電技術中迫切需要解決的一個問題。
一、諧波產生的原因
所謂諧波，即理想的電力系統向用戶提供的應該是一個恆定工頻的正弦波形電壓，但是由於各種原因，使這種理想狀態在實際中無法存在。因此通過對週期性電壓或電流的傅立葉分解，所得到的頻率為基波整數倍分量的含有量，稱為諧波。諧波是一個非正弦週期量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數倍。其週期為T=2∏/W的非正弦電壓U***W***t。
電網的諧波源可分為諧波電壓源和諧波電流源兩種，發、變電裝置一般為諧波電壓源;而變流裝置、電弧爐和電抗器等為諧波電流源。電力電網中的諧波產生主要源於各種非線性用電負荷，諧波主要由諧波電流源產生，當正弦基波電壓施加於非線性裝置時，裝置吸收的電流與施加的電壓波形不同，且與所加的電壓不呈線性關係，電流因而發生畸變，就形成非正弦電流，即電路中有諧波產生。非線性裝置是主要的諧波源。當前,電力系統的諧波源主要有三大類。
1.鐵磁飽和型:各種鐵芯裝置,如變壓器、電抗器等,其鐵磁飽和特性呈現非線性。由於鐵芯的飽和，使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結構形式、鐵心的飽和程度有關。鐵芯的飽和程度越高，諧波電流也就越大。主要諧波為3、5、7次。
2.電子開關型:主要為各種交直流換流裝置***整流器、逆變器***以及雙向閘流體可控開關裝置等,在化工、冶金、礦山、電氣鐵道等大量工礦企業以及家用電器中廣泛使用。閘流體整流裝置採用移相控制，從電網吸收的是缺角的正弦波，從而給電網留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波。
3.電弧型:各種冶煉電弧爐在熔化期間以及交流電弧焊機在焊接期間,其電弧的點燃和劇烈變動形成的高度非線性,使電流不規則的波動。其非線性呈現電弧電壓與電弧電流之間不規則的、隨機變化的伏安特性。對於電力系統三相供電來說,有三相平衡和三相不平衡的非線性特性。後者,如電氣鐵道、電弧爐以及由低壓供電的單相家用電器等,而電氣鐵道是當前中壓供電系統中典型的三相不平衡諧波源。主要諧波為2、3、4、5、7次。
二、諧波對電網的危害
諧波的汙染和危害主要表現在對電力與訊號的干擾和影響上。主要表現在以下方面：
1.對電力電容器的危害。由於電容器的容抗與頻率成反比，因此在諧波電壓作用下的容抗要比在基波電壓作用下的容抗小得多，從而使諧波電流的波形畸變比諧波電壓的波形畸變大得多，即使電壓中諧波電壓所佔比例不大，也會產生明顯的諧波電流。特別是在產生諧振的情況下，很小的諧波電壓就可引起很大的諧波電流，從而導致電容器因過流而損壞。
2.增加變壓器的損耗。變壓器在高次諧波電壓的作用下，將產生集膚效應和鄰近效應，在繞組中引起附加銅耗，同時使鐵耗相應增加。特別是3次***及其倍數***諧波侵入三角形連線的變壓器，會在其繞組中形成環流，使繞組發熱。對Y形連線中性線接地系統中，侵入變壓器的中性線的3次諧波電流會使中性線發熱。增大變壓器繞組和鐵芯的損耗，降低電網電壓，降低變壓器的實際使用容量。諧波還導致變壓器噪聲增大，使變壓器出現過熱，縮短使用壽命。
3.影響繼電保護裝置的可靠性。諧波能夠改變保護繼電器的動作特性，當有諧波畸變時，諧波對過電流、欠電壓、距離、頻率、等繼電器均會引起拒動和誤動。保護裝置失靈和動作不穩定。
4.增加輸電線路功耗。如果電網中含有高次諧波電流，那麼，高次諧波電流會使輸電線路功耗增加。
5.引起電力測量的誤差。諧波會使電氣測量儀表測量不準確，造成計量誤差。
三、諧波的治理
諧波是一個週期電氣量的正弦波分量，其頻率為幾波頻率的整數倍。目前濾波方式有很多種，主要有兩種：***1***無源濾波器治理，即在電網上並聯無源調諧濾波器組;***2***有源濾波器治理，即在電網上並聯電力有源濾波器等。
1.裝設無源濾波器
1***無源濾波器也稱為LC調諧濾波器，原理是由電容器和電抗器串聯而成，設定電感和電容的值，將其設計為某頻率下極小阻抗,,對相應頻率諧波電流進行清除。濾波器相當於短路，此次諧波通過，而其他波不能通過，完成濾波。避免其流入系統。目前主要技術方案有分組投切調諧電容器組、靜止無功補償器***SVC***兩種。
2***採用無源濾波器治理諧波是一個非常普遍和基本的方法。技術成熟，價格低廉。但濾波效果不很理想。只能抑制固定的幾次諧波，由於電網中的複雜化和非線性負荷的增多，不僅諧波含量波動比較明顯，諧波成分也變得多樣化，包括了偶次諧波和更高次諧波。而無源濾波器設定好引數就基本不能再變。另外，無源濾波還會產生諧振問題，電網處於諧振狀態或接近狀態時，諧波將被大幅度的放大，引起事故。
2.裝設有源濾波器
1***有源濾波器***APF***：基本工作原理為檢測電路檢測出補償物件的電壓和電流後，經指令電流運算電路計算得出補償電流的指令訊號，該訊號經補償電流發生電路放大，得出補償電流，補償電流與負載電流中要補償的諧波電流及無功電流相抵消，最終得到期望的電源電流。保證電源側的負載電流為正弦波。
2***有源濾波以實時監測的諧波電流為補償物件，補償效果和通用性良好。能跟蹤補償各次諧波、自動產生所需變化的無功功率，其特性不受系統影響，無諧波放大危險，相對體積重量較小。已成為電力諧波抑制和無功補償的重要手段。
四、例項分析
某變電站上級220kV變電站帶有鐵路機車的牽引變電站，鐵路機車的牽引變電站產生的諧波電流及負序分量，造成變電站電能質量惡化。2010年在變電站試執行諧波治理裝置MARS，MARS系統主要由斷路器、諧波變壓器、MARS裝置組成。MARS裝置利用雙橋PWM技術實現的電流發生器，是有源濾波器。MARS裝置投運前後對主變低壓側各次諧波電流進行測試，執行方式為：1#主變、2#主變投運，3#主變備用，35kV母線並列執行，各35kV變電站均採用分列執行方式。測試資料如下：
根據上述資料對比顯示，1#主變低壓側，2、3、5、7、9、13和15次諧波電流均已超過國家標準，在MARS投運之後，經過一期除錯，系統電壓不平衡度、電壓總諧波畸變率和各次電流諧波情況較MARS投運之前都有了較為明顯的改善。1#主變低壓側2、3、5、7、13和15次諧波電流，得到了明顯的抑制，均在國家標準要求限值之內。
五、結語
綜上所述，諧波已成為電能質量另一個重要指標，因此，無論是從保障電力系統安全、穩定、經濟執行的角度，還是從使用者用電裝置的安全、正常工作的角度，有效地治理諧波，將其限制值允許範圍內，已成為迫切的問題之一，研究電網諧波問題具有十分重要的意義。
參考文獻
[1]德拉羅薩著,趙琰,孫秋野譯.電力系統諧波.機械工業出版社,2009.
[2]中華人民共和國能源部.進網作業電工培訓教材.瀋陽:遼寧科學技術出版社,2006.
篇二
電力電子技術在電力系統中的應用探討
摘要 近年來，不斷進步的 計算機技術為現代控制技術在實際生產、生活中提供了強有力的技術支援，新的材料和結構器件又促進了電力電子技術的飛速 發展，且在各行業中得到廣泛的 應用。本文就電力電子技術在發電環節中、輸電環節中、在配電環節中的應用和節能環節的運用進行了詳細的闡述。
關鍵詞 電力電子技術;電力系統;應用
中圖分類號TM1 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708***2011***38-0147-02
以功率半導體器件、電路技術、計算機技術和現代控制技術為支撐依據的電力電子技術經過半個世紀的發展，目前在新能源開發、電能質量控制和民用產品等多個行業應用越來越廣泛。直流輸電是最成功地應用於電力系統的大功率電力電子技術。20世紀80年代之後，提出了柔性交流輸電***FACTS***概念，於是電力電子技術在電力系統中的應用研究引起的很大的關注，許多介紹和 總結相關裝置的基本原理和應用現狀層出不窮，相繼又出現了多種裝置。筆者按照電力系統的發電、輸電和配電以及節電環節，列舉電力電子技術的應用研究和現狀。
1 在發電環節中的應用
發電機組的多種裝置在電力系統的發電環節都會被涉及到，如何改善這些裝置的執行特性就需要電力電子技術參與應用。
1.1 大型發電機的靜止勵磁控制
靜止勵磁結構簡單、可靠性高以及造價相對較低 ，採用閘流體整流自並勵方式，在世界的各大電力系統被廣泛採用。省去勵磁機這個中間慣性環節，使其擁有了特有的快速性調節。這樣使得控制規律的方法和更加先進，效果更加良好。
1.2 水力、風力發電機的變速恆頻勵磁
水頭壓力和流量決定了水力發電的有效功率，抽水蓄能機組最佳轉速變會隨著水頭的變化幅度而變化。風速的三次方與風力發電的有效功率成正比，隨風速的變化，風車捕捉最大風能的轉速也發生變化。所以機組變速執行，即調整轉子勵磁電流的頻率，使其與轉子轉速疊加後保持定子頻率即輸出頻率恆定，從而獲得最大有效功率。變頻電源是此項應用的技術核心。
1.3 發電廠風機水泵的變頻調速
發電廠的廠用電率平均8%，風機水泵耗電量約是火電裝置總耗電量的65%，不僅耗量大且執行效率低，為了節能，在低壓或高壓變頻器使用時可以使風機水泵變頻調速，從而減少電量的消耗。目前來講，低壓變頻器技術以達到一定 的水平，國內外的生產廠家也比較多，只是系列產品還不夠完整。但是高壓大容量變頻器設計和生產的企業還是比較少，需要院校和企業抓緊聯合開發，以滿足生產需求。
2 在輸電環節中的應用
被稱為“矽片引起的第二次革命”就是電力電子器件應用於高壓輸電系統，這樣使得電力網的穩定執行特性大幅度的改善。
2.1 直流輸電***HVDC***和輕型直流輸電***HVDC Light***技術
流輸電相對遠距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統的聯網，高壓直流輸電優勢獨特，因為其不僅輸電容量大、穩定性好等優點而且控制調節非常靈活，從。1970年世界上第一項閘流體換流器之後，世界上新建的直流輸電工程均採用閘流體換流閥，這也是電力電子技術正式應用於直流輸電的里程碑。
2.2 柔性交流輸電***FACTS***技術
20世紀80年代後期，FACTS技術的概念問世，這是項基於電力電子技術與現代控制技術對交流輸電系統的阻抗、電壓及相位實施靈活快速調節的輸電技術，可以靈活控制交流輸電功率潮流，使得電力系統的穩定水平大大的提高。
20世紀90年代後，國外在研究開發的基礎上開始將FACTS技術用於實際電力系統工程。其裝置結構簡單，控制方便，成本較低，所以應用較早。
2.3 在配電環節中的應用
如何加強供電可靠性和提高電能質量是配電系統迫切需要解決的問題，電能質量控制既要抑制各種瞬態的波動和干擾，還要滿足對電壓、頻率、諧波和不對稱度的要求，在FACTS各項成熟技術的基礎上發展起來的電能質量控制新技術就是使用者電力***Custom Power***技術或稱DFACTS技術，它是電力電子技術和現代控制技術在配電系統中的應用。其實FACTS裝置的縮小版就是DFACTS裝置，因為其原理、結構、功能是相似。由於市場較大的需求，所以使用會日益的廣泛，再加上電力電子器件價格日益降低，可以預計DFACTS裝置產品將迅速進入快速發展期。
3 在節能環節的運用
3.1 變負荷電動機調速執行
要想在節能環節有所成就，就必須從電動機本身和變負荷電動機的調速技術的應用兩方面入手，只有二者結合起來，電動機的節能才能達到良好的效果。
目前，變負荷的風機、水泵採用交流調速在國外居多，在我國還需要進一步推廣應用。風機、泵類等變負荷機械中採用調速控制代替擋風板或節流閥控制風流量和水流量收到良好的效果，其調速範圍廣，精度高，效率高，可以實現連續無級調速且在調速過程中轉差損耗小，定子、轉子的銅耗也不大，可以達到30% 的節電率，缺點就是成本較高，產生高次諧波汙染電網，即使這樣，並不影響其在在冶金、礦山等部門及社會生活中應用推廣。閥門控制和變頻控制水泵流量如圖1、圖2所示。
3.2 減少無功損耗，提高功率因數
在電氣裝置中，屬於感性負載的變壓器和交流非同步電動機，在執行的過程中是有功功率和無功功率均消耗的裝置，作為保證電能質量不可缺少的部分無功電源與有功電源是一樣的，所以在電力系統中應保持無功平衡，不然就會系統電壓降低、功率因數下降、裝置遭到破壞 ，嚴重時還會造成大面積的停電事故，為防止這樣的事情發生，當電力網或電氣裝置無功容量不足時，增裝無功補償裝置，提高裝置功率因數勢在必行。
4 結論
總之，電力系統是電力電子技術應用的一個重要領域，只有不斷的加大已有研究成果的技術應用和執行投入，不斷改善經濟可行性，才能大幅度提高電力系統的穩定水平，產生巨大效益。
參考文獻
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[3]陳賢明，許和平，戴軍.電力電子技術在電力系統中的應用[J].水電廠自動化，1996***2***.