电网谐波监测管理制度

电网谐波监测管理制度（精选5篇）

电网谐波监测管理制度 篇1

本标准规定了公司电网在设计、运行及用电管理等方面的谐波监测管理工作，适用于长乐供电公司所辖电网。2 规范性引用文件

《中华人民共和国电力法》

DL/T1053－2007 《电能质量技术监督规程》

国家电网生[2005]682号 《国家电网公司电网电能质量技术监督规定》 电生产[2009]179号 《省电力有限公司电能质量管理办法（试行）》 GB/T14549-93 《电能质量 公用电网谐波》 GB 12326-2000 《电能质量 电压允许波动和闪变》 GB/T 15543-1995 《电能质量 三相电压允许不平衡度》 水电电生字第83号 《全国供用电规则》 SD131-84 《电力系统技术导则（试行）》 SDJ161-85 《电力系统设计技术规程（试行）》职责

3.1 生技部作为谐波监测管理工作的归口管理部门，负责谐波监测工作的计划、协调及数据汇总上报工作；负责组织对因谐波问题导致的重大设备、电网事故或异常的分析，制定反事故的技术措施；负责组织对用户设备参数的谐波审查、评估，组织发布公司谐波监测报告并提出治理要求；负责组织容量在1000kVA及以上谐波污染源治理方案审查及治理工程验收。

3.2 检修部作为谐波监测管理工作的测试部门，负责具体谐波监测工作，参与因谐波问题导致的事故与异常的分析测量。

3.3 设计所作为谐波监测管理工作的协作部门，负责谐波污染源用户接入用电方案的审查，必要时要求用户补充消谐装置设计。

3.4 营销部作为谐波监测管理工作的配合部门，负责提供所辖非线性用户相关参数和运行特点；根据谐波监测结果确定用户供电方案，并在与用户签订《供用电协议》中明确谐波管理的相关要求和责任；负责监督、指导谐波源客户谐波治理装置的运行。

3.5 调度所作为谐波监测管理工作的配合部门，负责提供电网运行参数，参加电网重大谐波事故或异常的分析及调查工作。4 管理内容与方法 4.1 电网谐波的技术管理

4.1.1 电网电压母线的电压正弦波形畸变率、电压波动值和闪变值、三相电压不平衡度应符合国家标准《电能质量公用电网谐波》（GB/T14549-93）、《电能质量 允许波动和闪变》（GB12326-2000）和《电能质量 三相电压允许不平衡度》（GB/T15543-1995）的限值规定 4.1.2 对电网谐波进行监测，建立电网电能质量在线监测平台及数据库，建立健全用户电能质量污染源技术档案，对电网谐波测试数据进行分析。对谐波污染源用户接入系统及已运行的负荷进行评估分析，确定上述负荷接入系统的方案以及超过标准的治理措施。4.2 谐波日常监测工作：

对于谐波监测点的谐波电压和主要谐波源用户的谐波电流应根据具体情况进行连续或定时监测。对于谐波污染特别严重的监测点，应装设在线谐波监测表度或报警仪表，其日常维护工作由检修部负责。4.3 谐波的定期普查：

为了全面掌握电网的谐波水平和负荷的谐波特性，在电网电能质量在线监测平台建立以前，每2年对所辖的电网进行一次谐波普查测试。普查的范围和内容应根据电网的特点和谐波源分布情况确定，并上报省公司。4.4 对新增或增容谐波源用户的管理：

4.4.1当大容量的谐波源设备、电容器（或滤波器）组等接入电网前后，均应进行专门的谐波测试，以确定电网背景谐波状况，谐波源的谐波发生量、电容器（或滤波器）组对谐波的影响等，以决定其能否正式接网运行。

4.4.2 对评估超标的客户，其谐波治理装置或改善措施必须做到与其用电工程同时设计、同时安装、同时调试、同时投运，验收测试不合格者要限期整改。4.4.3 对预测评估中超标或接近超标的用户要安装电能质量在线监测装置。4.4.4 用户评估、治理、在线监测设备费用由用户承担。4.5 谐波事故与异常的分析处理：

因谐波造成事故或异常时，根据事故或异常的性质和影响范围，由生技部组织专门的分析测量。为了验证谐波计算结果，研究谐波的影响，分析谐波的谐振和渗透等问题，必要时也可要求省电网谐波监测站组织专门的测试。5 检查与考核

5.1 公司各部门按照省公司发布的电能质量考核指标完成电网谐波监测管理工作，完成情况与部门绩效挂钩。

5.2 当谐波源的谐波量超过标准时，应按就地治理的原则，由生技部发出技术监督预警通勤劳的蜜蜂有糖吃

电网谐波监测管理制度 篇2

一个理想的电力系统是以恒定的频率、规定的电压值、标准的正弦波形来对用户进行供电的。但随着现代工业的发展, 大量的电力电子装置及非线性负荷在电力系统中广泛应用, 使得电能质量问题越来越突出。目前, 我国对电能质量的研究集中在公用电网谐波、电力系统频率允许偏差、供电电压允许偏差、电压允许波动和闪变等方面[1]。而谐波产生的根本原因是非线性负载, 它使电压、电流中含有了频率为基波的整数倍的电量, 谐波会对各种用电设备的正常运行带来消极影响。

1 傅立叶谐波分析法

谐波的参数指标主要有谐波含量、总谐波畸变率、谐波含有率。目前对谐波分析的方法已有很多种, 如卡尔曼滤波、傅立叶变换、小波分析等。傅立叶变换作为经典的信号分析方法已经比较成熟, 特别是快速傅立叶变换算法, 利用它能大大简化运算步骤, 使得系统的分析性能得到很大的提高。

1.1 快速傅立叶变换

快速傅立叶变换 (FFT) 是离散傅立叶变换 (DFT) 的一种快速算法。

设x (n) 为N点有限长序列, 其DFT为:

一般来说, x (n) 和WNnk都是复数, X (k) 也是复数, 因此每计算一个X (k) 的值, 需要N次复数乘法以及N-1次复数加法。而X (k) 一共有N个点, 所以完成整个DFT运算总共需要N2次复数乘法和N (N-1) 次复数加法。复数运算实际上是由实数运算来完成的, 故式 (1) 可以写成:

由式 (2) 可知, 一次复数乘法需用4次实数乘法和2次实数加法;一次复数加法则需用2次实数加法。因此, 每运算一个X (k) 需要4N次实数乘法及2 (2N-1) 次实数加法。整个DFT运算总共需要4N2次实数乘法和2 (2N-1) 次实数加法[2]。

1.2 采样问题和频谱泄露问题

连续非周期信号经过计算机采样后就会得到离散非周期信号, 离散非周期性信号的频谱是连续周期性的, 它的周期就是采样周期。我们所研究的最高次谐波是13次谐波, 因此必须用低通滤波器将信号中大于13次的谐波分量滤除, 以防产生混叠现象[3]。所以采样频率要满足:f≥13×50×2 Hz, 即必须大于1.3 k Hz。

如果是一个连续的周期信号x (t) , 在一个周期内对其采样可以用如下公式来表示:

对式 (5) 进行傅立叶变换得到:

式中, U (f) 是u (t) 的傅立叶变换;X (f) 是x (t) 的傅立叶变换。

由于U (f) 是频域上的连续谱函数, 所以原函数的能量从线谱泄露到整个频谱, 从而产生了频谱泄露[4]。信号频率不同步造成了周期采样信号的相位在始端和终端不连续, 从而导致频率泄漏。如果采样是同步的, 泄漏频谱在整数次谐波点上的幅值为0, 则不会造成分析的误差;但如果采样是非同步时, 泄漏频谱在整数次谐波点上的幅值不为0, 这时泄漏频谱将引起频谱分析误差。

长范围泄漏通过加合适的窗函数加以抑制, 短范围的泄漏通过插值算法进行修正。加Hanning窗函数后, 再利用双峰插值法来修正相位和幅值, 可以使谐波分析结果更加精确。

由于电网信号主要含有整数次谐波, 因而常采用余弦窗函数, 只要选取观测时间是信号周期的整数倍, 其频谱在各次整数倍谐波频率处幅值为0, 谐波之间就不会发生相互泄漏。此时即使信号频率作小范围波动, 泄漏误差也较小。

Hanning窗函数如下:

设单一频率信号x (t) 频率为f0、幅值为A、初相为θ, 在经过采样率为fs的模数变换后, 得到如下形式的离散信号:

如果所加窗函数的时域形式为w (n) , 其连续频谱为W (2πf) , 则加窗后该信号的连续傅立叶变换为:

如果忽略频率-f0处频峰的旁瓣影响, 则在正频率点f0附近的连续频谱函数可表达为:

对式 (9) 进行离散抽样可得到它的离散傅立叶变换表达式:

式中, 离散频率间隔为Δf=fs/N, N是数据截断的长度。

由于峰值频率f0=k0Δf很难正好位于离散谱线频点上, 则设峰值点左右两侧的谱线分别为第k1和k2条谱线, 这2条谱线也应该是峰值点附近幅值最大和次最大的谱线。显然, k1≤k0≤k2=k1+1令这两条谱线值分别是:y1=|X (k1Δf) |, y2=|X (k2Δf) |。

由于0≤k0-k1≤1, 所以可以引入一个辅助参数a=k0-k1-0.5。显然, a的取值范围是[-0.5, 0.5]。于是就有:

令β=y2-y1/y2+y1, 通过多项式逼近的方法得到Hanning窗函数所对应的修正公式为:

2 硬件电路设计

由于该装置要能监测到电力系统中的13次谐波, 那么要求采样频率至少为1.3 k Hz。为了能在每个采样周期内完成大数据量的分析和处理, 同时软件采用的是C语言来设计, 当其转换为汇编语言至少是100万条, 因此该处理器的主时钟频率至少达到百万赫兹。目前满足这个主率的ARM处理器是ARM9系列处理器, 该系列处理器具有丰富的片内资源, 如片内AD、USART、NAND Flash控制器等[5]。因此, 选用三星公司S3C2440为控制核心芯片。电能质量监测系统硬件部分主要完成如下功能:模拟信号调理及采集、锁相环电路、数据分析及处理、数据存储及数据通讯模块。硬件总体设计如图1所示。

3 监测系统软件设计

3.1 嵌入式软件开发平台搭建

嵌入式开发平台软件环境主要包含如下3个部分[6]:

(1) 系统引导加载程序 (Bootload) 。主要负责初始化硬件和引导内核。

(2) Linux内核。主要作用是实现内存管理、进程管理、文件系统管理网络协议, 并提供部分设备驱动程序。

(3) 根文件系统。它是Linux内核启动后挂载的第一个文件系统, 其他文件系统都可以建立在此文件系统的基础上。

然后在此平台上进行Bootload移植、Linux内核的裁剪与编译, 最后利用Busybox工具制作根文件系统, 从而搭建了基本的软件开发环境。

3.2 串口驱动程序设计

由于在驱动程序中访问某个设备文件是通过将硬件看成一个文件来访问的, 串口设备一般会被看做是/dev/ttys*, 在对它进行操作时用户空间只需要调用open () 函数就可以打开这个设备。其原型为:

int open (const chat*pathname, int flags) ;

其中参数pathname是设备文件所在路径。该设计中它的路径为/dev/ttys0;参数flags表示读取权限:只读、只写、可读可写。该函数会返回一个文件描述符fd, 供函数read () 、write () 来使用。

在内核空间只需要实现file_operations结构体中的2个函数。file_operations中需要用到的函数指针如下:

这样, 应用程序只需要调用open () 、write () 、read () 、close () 等函数就可以实现对串口的具体操作。

3.3 ADC驱动程序设计

该驱动程序属于字符型设备驱动程序, 要实现在Struct file_operations中的如下几个函数:

3.4 应用程序设计

应用程序由数据采集、数据分析处理、网络数据通讯这3大模块组成, 具体结构如图2所示。

由图2可知, 首先信号经过前端的信号调理电路变换为检测电路能够检测的量程范围, 接着执行电网信号采集模块、电能质量分析模块和通讯模块, 从而得到我们需要的数据。

为了使系统在实时性方面获得更好的效果, 主程序采用多进程处理方式进行, 数据采样、数据分析处理和网络数据通讯这3个模块程序同时执行, 从而大大地节省了时间, 提高了系统的实时性。

4 结语

根据谐波电压产生的原因和性质, 本文提出了以FFT算法作为谐波各参数的核心算法;通过以S3C2440为核心控制器件来搭建各种外围电路满足了系统设计的要求;并在此平台上进行了Bootload移植、Linux内核的裁剪与编译, 并利用Busybox工具制作了根文件系统, 从而构建了基本的软件开发环境;最后输入驱动程序和应用程序。经过仿真实验, 该设计能够达到实时监测谐波电压的目的。

摘要：介绍了傅立叶谐波分析法, 采用FFT算法解决了采样问题和频谱泄漏问题。以S3C2440为核心搭建了各种外围电路, 并根据软件开发环境的要求进行了Bootload移植、Linux内核的裁剪与编译, 利用Busybox工具制作了根文件系统, 再输入驱动程序和应用程序。经过仿真实验, 该设计能够达到实时监测谐波电压的目的。

关键词：谐波电压,FFT,嵌入式

参考文献

[1]程浩忠, 艾芋, 张志刚, 朱子述.电能质量概论[M].中国电力出版社, 2008

[2]张伏生, 耿中行, 葛耀中.电力系统谐波分析的高精度FFT算法[J].中国电机工程学报, 1999

[3]Stephane Mallat.A Wavelet Tour of Signal Processing[M].AcademicPress, 2009

[4]张介秋, 梁昌洪, 陈砚圃, 等.提高谐波参量测量精度的谱泄漏相消算法[J].电子学报, 2005, 33 (9) :1 614～1 617

[5]陈艳华, 侯安华, 刘盼盼.基于ARM的嵌入式系统开发与实例[M].人民邮电出版社, 2008

电网谐波监测管理制度 篇3

关键词：谐波,超级谐波,逆变器,开关电源,电能质量,电磁兼容

0 引言

关于较高频率(指工频40次或50次以上)谐波问题,最早见于文献[1-2],于2002年列为这两个IEC国际标准的资料性附录。文献[1]将50次以上的谐波电压和间谐波电压一并纳入“无用电压”(unwanted voltage)范畴。文献[2]则专门谈了50次至9k Hz谐波频率的测量问题。应注意,IEC将低频和高频的分界点定为9k Hz,因此所谓“较高频率谐波”指的是约2k Hz(对应欧洲通用的40次谐波)至9k Hz的谐波,仍属低频传导干扰范围。由于在电网中纹波控制接收机响应水平低至0.3%标称电压,为了避免被干扰,文献[1]的附录B中建议50次以上,9k Hz以下单次谐波限值为u=0.2%;对于这个范围内任何200Hz带宽的谐波,设其中心频率为F,则建议限值为:

式中:U1为基波电压有效值;Uf为频率为f的电压分量有效值;F为频带的中心频率(高于50次谐波的频带)。

文献[1]附录B中指出,已有超过上述水平引起干扰的一些实例,但目前对这些频率成分在电网中的影响,知之甚少,还不足以确定公认的兼容水平。

从2000年以来,对于“较高频率”谐波,在国际电工委员会(IEC)、欧洲电工技术标准化委员会(CENELEC)、国际大电网会议(CIGRE)、国际供电会议(CIRED)以及IEEE等国际组织中均开展研究,并根据干扰源(例如换流器、开关电源)和敏感设备(例如电力线载波通信)的频谱覆盖范围,将频率拓展为2k Hz~150k Hz,并定义为“超级谐波”(supraharmonics)。

对于超级谐波,我国尚未开展相关的研究,但某些影响已有察觉。本文主要根据近期国外文献资料,简要介绍超级谐波的产生、影响、主要特点以及目前研究的动态,供相关专业人员参考,以期在国内开展这方面的研究。

1 超级谐波的产生

当今,电力电子技术仍在快速发展,其应用范围几乎渗透到各个领域。该技术发展的重要标志之一是晶闸管的开关速度大幅度提高,例如逆变器(DC/AC变换器)的开关频率已从早期的几十赫兹、几千赫兹提高到几十千赫兹甚至几百千赫兹。随着可再生能源的大力开发,特别是大量太阳能光伏逆变器(即PV逆变器)的投入,以及各种开关电源的应用,使电网(主要在低压电网)中2k Hz~150k Hz范围内超级谐波迅速增加,其有害影响的案例也在不断上升。

另外,公用电网一般还用于信号传输,文献[3]中考虑了3种类型信号系统:

1 ) 电力公司的脉动控制系统, 频率范围为100Hz~3k Hz(一般低于500Hz),正常情况下在5%UN以内,有谐振时可达9%UN。

2 ) 电力公司的电力载波, 频率范围为3k Hz~95k Hz,允许信号水平为5%UN,这些信号在电网中传输时会很快衰减(大于40d B)。

3 ) 末端用户( 居民区或工业用户) 的信号系统, 如欧洲( I T U区域1 ) 频率范围为95k Hz~148.5k Hz,允许信号水平分别为0.6%UN或5%UN。在某些国家或地区,频率上限到500k Hz,允许信号水平为2m V~0.6m V。这些信号的频率相当部分在超级谐波范围内,因此电网中超级谐波源既有各种电子设备产生的,也有人为使用的通信设备产生。

2 超级谐波的特点

研究证明,2k Hz~150k Hz谐波的传输扩散不同于普通谐波发射,这是一种新型电能质量现象。特点之一是所谓的原生发射(primary emission)和次生发射(secondary emission)。原生发射是指骚扰源(装置)单独引起的发射;次生发射是指其他装置发射时对其影响后骚扰源(装置)的发射。这两者有明显的不同。影响原生发射的主要因素有:①装置的拓扑结构;②连接点的阻抗;③谐振。在低压网络中,装置的连接点阻抗由变压器、电缆(称之为“网络的阻抗”)以及建筑物内部线路,连同其他连接装置阻抗构成,后者可以称为设施的阻抗,在2k Hz~150k Hz频率范围内,网络阻抗以电感为主,较设施阻抗(往往以所连装置的电容为主)相对要高。影响次生发射的主要因素有:①邻近装置的发射强度;②装置连接点阻抗和网络以及设施阻抗的关系。

图1是一台电视机(TV)对一个PV逆变器的原生和次生发射的实测波形[4]。PV逆变器产生的主要谐波频率16k Hz,当TV连接时,PV逆变器的次生发射在16k Hz处频谱明显放大;另外出现55k Hz谱线,后者在原生发射中不出现,说明是由TV产生的。测试还发现,超级谐波频率越高,则传输距离越近:由PV逆变器产生的16k Hz分量水平在试验屋内的连接点处保持相当稳定,在公共连接点(PCC)处略有降低,在PCC处测不到屋内其他装置产生的55k Hz~150k Hz电压或电流成分,这说明这些频率分量只在室内电器之间传递,并不进入电网。这是超级谐波的另一特点。

因此,确切了解在设施(例如一个实验室,一个家庭)中运行的电子装置(例如PV逆变器、TV、LED灯、便携式电脑等等)端子上电流,必须区分原生和次生发射。一台装置的次生发射受邻近设备的容量和性能影响极大,这在考虑电子装置的电磁兼容水平时是需要详细研究的。将一个设施作为整体,其测量结果,不能给出设施内部发射水平的正确表示;反之,各装置端子上发射测量不能代表整体设施对电网的发射。实验室中发射结果也不能很好反映实际使用情况,这给超级谐波影响研究和标准的制定带来很大的复杂性。

3 超级谐波的影响

文献[5]指出:电网中2k Hz~150k Hz频率范围的发射水平持续上升,由此引发的干扰事件也不断增加,例如设备误动,表计指示失真,电子镇流器的噪声加大等。研究指出,高频(HF)电压成分在电网中一般传输不很远,原因是安装在HF发射源附近的其他电子设备常提供比网络本身阻抗低得多的通路,这种低阻抗通路主要是由并联电容器(它可能是EMC滤波器组成部分)或整流器的直流联络环节,其中关键是电介质电容器,这种电容器通过HF电流时会产生附加发热,减少寿命,从而造成电子设备故障。

文献[6]对窄带电力线通信和末端用户设备之间在实验室和现场做了5种不同类型的相互作用测试,认为末端用户设备造成低阻抗通路是发生通信故障的最普通的原因;由于末端用户设备的并联电容,也有可能使载波通信损坏接入电网的设备。

4 仿真模型

为了研究超级谐波在低压配电网中的干扰影响,文献[7]基于Matlab/Simulink软件及其Sim Power Systems程序库建立一个仿真模型,扼要介绍如下:

1)逆变器模型。见图2,用最通用的PWM控制开关,用此方法使低频谐波较少,但高频谐波较大。在直流侧只用一个直流(DC)电压源(U=360V),因为该回路对交流侧HF干扰的影响不大;Lf滤波器已选定(Lf=12.8m H),主要使低于2k Hz的谐波满足标准要求,并可减少2k Hz~150k Hz谐波(尚无标准)。

2 ) L V配电网模型。 该模型分为两个部分, 首先是LV馈线,为了简化,采用三相分段π线路模型,见图3。和低频(LF)模型相比主要有两点不同:首先在高频(HF)情况下电容不能忽略,这使分析计算复杂化;另外在HF下电阻因集肤效应变大,而且不同频率应取不同电阻值,不过在综合元件模型中(例如用Sim Power System程序库中的模型)电阻值必须固定,本模型参数是从表1的正序和负序参数中推出的。除了LV馈线,MV/LV变压器是网络中主设备,变压器的参数是由特别测试得到的,预先包含在中压(MV)网的戴维宁(Thevenin)等值模型中,上述的MV电源用Sim Power System程序库的三相电压表示,其短路功率150MVA,X/R为4/7,这些均是典型值。

在上述模型基础上,搭建各种仿真线路图,例如图4为研究一台逆变器和一个整流型负载相互影响的仿真框图。

5 研究动态

由于电力电子技术的发展和迅速普及,近10年来,电网中“超级谐波”水平日益增加,相关的异常和事故不断出现,迫切需要对其作深入研究,使其标准化。目前已有多个工种组开展了这个课题的工作[8]。CIGRE/CIRED联合工作组C4.24:“与未来电气网络相关的电能质量和EMC问题”对频带为2k Hz~150k Hz超级谐波的研究是现行活动的重要部分;超级谐波也是CIGRE C4/C6.29工作组:“太阳电力电能质量方面”研讨的主题之一;CIGRE C4.31关于电力线通信9 k H z ~ 1 5 0 k H z频带, 作为潜在干扰问题在讨论。 在IEEE内部,IEEE P1250(电力和能源学会)已研讨了超级谐波,并作为IEEE EMC学会TC7的重要领域。IEC TC 77A内部几个课题组和工作组均涉及这个频率范围。虽然TC 77A(低频现象)和TC 77B(高频现象)之间分界定在9k Hz,这个界限现在应当被视为历史了。

在欧洲, 标准化组织C E N E L E C中, 尤其是负责欧洲电压特性标准EN 50160的工作组,对于2k Hz~150k Hz频带超级谐波标准化的需求,也在应用导则中提及,超级谐波问题也包含在新近制定的IEC TS 62749中[3]。由超级谐波的发射观察到的干扰信息由CENELEC TC 210汇总,其中与电力线通信的潜在干扰成为主要因素。该频率范围发射的定量是最新起草的IEC 61000-4-30(即电能质量测量方法)标准中的一部分。关于电力线通信的欧洲标准(EN 50065)和其对应的IEC标准(IEC 61000-3-8)中明确频率范围为9k Hz~148.5k Hz。

6 结语

2k Hz~150k Hz的超级谐波的研究是一个快速发展的领域[9],特别是用于可再生能源的电网逆变器和开关电源的影响,这类谐波大量引入现代低压电网。引发了不少电能质量新问题,迫切需要深入探讨。目前国际上已有多个工作组在从事这方面研究,国内也应积极开展此项研究工作。本文主要根据近期国外文献资料,简要介绍超级谐波的产生、影响、主要特点以及目前研究的概况,供相关专业人员参考。

参考文献

[1]IEC 61000-2-2 EMC-Part 2-2:Environment-Compatibility levels for low-frequency conducted disturbances and signalling in public low-voltage power supply systems[S].International standard,second edition,2002-03.

[2]IEC 61000-4-7 EMC-Part 4-7:Testing and measurement techniques-General quide on harmonics and interharmonics measurements and instrumentation,for power supply systems and equipment connected thereto[S].International Standard,second edition,2002-08.

[3]IEC TS 62749:Assessment of power guality-Characteristics of electricity supplied by public networks[S].2015-04.

[4]S.Ronnberg,M.Bollen.Measurements of primary and secondary emission in the supraharmonic frequency range2k Hz~150k Hz[C].23rd CIRED Lyon,15-18 June 2015.

[5]J.Meyer,S.Haehle,P.Schegner.Impact of higher frequency emission above 2k Hz on electronic massmarketequipment[C].22nd CIRED Stockholm,10-13 June2013.

[6]S.K.Ronnberg,M.H.J.Bollen,M.Wahlberg.Interaction Between Norrowband Power-Line Communication and End-User Equipment[J].IEEE TRAS.on Power Delivery,VOL.26,NO.3.July 2011:2034~2039.

[7]C.Leroi,E.D.Jaeger.Conducted disturbances in the frequency range 2k Hz~150k Hz:Influence of the LV Distribution Grids[C].23rd CIRED Lyon,15~18 June2015.

[8]A.Moreno-Munoz,A.Gil-de-castro,S.Ronnberg et al.Ongoing Work in CIGRE Working Groups on Supraharmonics from Power Electronic Converters[C].23rdCIRED Lyon,15~18 June 2015.

煤矿电网谐波分析与研究 篇4

谐波问题已经在煤矿电网中对电网和用电设备产生了严重危害和影响。谐波对煤矿电网产生种种危害, 危害的程度取决于谐波量的大小, 现场条件等因素。谐波使各种设备出现故障, 如使电机负载加重, 产生振荡转矩, 转速周期性变化;加重集肤效应, 使电机和变压器铜损、铁损增加而过热;使变压器铁心产生磁滞伸缩现象, 噪声增加, 甚至达到不能容许的程度;产生电压波形畸变, 对电机和变压器绝缘游离 (局部放电) 过程的产生和发展有很大影响, 引起绝缘介质强度降低, 使用寿命缩短;使电力电缆容量减小, 损失增加, 老化加剧, 泄露电流加大, 有时引起单相对地击穿, 造成三相短路;对通信设备、自动和远动装置、继电保护、测量设备和仪表等有各种危害[1、2]。因此对煤矿电网谐波问题进行认真研究并采取相应的限制及管理措施十分必要。本文对一现代化矿井的电网的谐波问题进行了分析与研究。

2、煤矿电网谐波测试与分析

某矿为刚建成投产的现代化矿井, 两台提升机容量均为5500kw, 采用交交变频调速。变电所进线为1 1 0 k V电源, 经变压器降压至10kV, 在10kV母线装设有S V C无功补偿装置。在投入运行后, 出现SVC装置滤波电容器频繁烧坏以及两台提升机不能同时启动等现象。基于以上情况, 对该矿电网进行了电能质量测试。

测试重点为110kv变电站, 对包括提升机、SVC在内的各条支路进了重点测试, 发现两条提升机支路和SVC的TCR支路的电能质量较差。以下为部分测试结果。

根据实际测试数据, 按照国家谐波标准进行了统计与分析, 结果如表1所示。

从测试数据可以看出该矿电网主要存在的问题为2、3、9、11、12、13、14次谐波电流超标, 尤其是提升机支路的11、13次谐波电流超标非常严重。

图2、3为该矿一提升机支路的各次谐波电流及谐波电流流向柱状图。根据测试结果发现2、3、9、10、11、12、13、14随着提升机负荷增大均为上网谐波, 即提升机为主要谐波源。由于该提升机采用交交变频, 在购买该提升机时由于资金原因没有上滤波设备, 故造成谐波含量超标。S V C的T C R支路也是一主要的谐波源, 其产生的主要谐波为3、5、7、9、11、13次谐波, SVC上单独配有一套无源滤波设备分别用来滤除3、4、5、7、1 1次T C R产生的谐波。

3、煤矿电网谐波治理方法

3.1 方案选择及容量计算

滤波装置的装设需要根据整流装置产生的高次谐波次数及高次谐波电流值和无功功率平衡等条件确定。

滤波补偿方式分为无源滤波和有源滤波两种[1]。由于该矿已装设SVC装置, 如果在两台主井提升机处装设无源滤波设备, 容易与SVC发生并联谐振, 造成系统不稳定[3]。依据现场实际情况我们采用有源滤波设备MARS (电能质量有源恢复系统) 对其进行治理。

由于该矿的主谐波源为提升机的变频设备, 因此选择对每台提升机各装设一台M A R S, 对其产生的谐波进行就地治理。每台提升机产生的总谐波电流为

消除谐波需要提供的容量

为了保证系统在任何情况下都能安全运行, 需要保证用于消除谐波的容量有20%的余量, 即为0.792×120%=0.9504M V A R。

因此需要的有源装置总的容量Sa=0.9504 MVAR

根据上面的计算, 考虑MARS的标准型号, 需要2台1200KVA/500V的有源装置并联, 总的容量为2.4 MVAR, 为了发挥其最大的能力, 可以设定有源滤波补偿装置提供的无功容量和消除谐波容量的比例各1:4, 更进一步保证了无功补偿和消除谐波的效果。

3.2 一次系统

主井提升机的额定容量为5 5 0 0 k w/台, S V C装有3、4、5、7、1 1、次无源滤波支路用以滤除TCR支路产生的谐波。有源滤波器采用“补偿特定次数谐波”方法, 与S V C的耦合程度小, 其是否投入对系统的稳定性基本没有影响。

3.3 治理效果比较

图5与图6为现场装设有源电力滤波器MARS后实际运行结果比较, 通过比较可以看出装设有源电力滤波器后各次谐波电流得到了有效治理, 且治理效果良好。

4、结论

煤矿电网谐波问题造成的故障普遍存在, 并且会引起其他弱电系统误报警或误动作, 造成安全隐患。针对煤矿电网进行电能质量测试与评估, 据此提出治理方案进行综合治理, 属于防患于未然, 有利于提高供配电网络的安全性、可靠性, 降低系统损耗, 提高能源利用水平, 具有良好的社会、经济效益。

摘要：随着大型电力电子设备在煤矿中的应用, 煤矿电网中的谐波含量大大增加, 导致煤矿电网中的电压和电流波形严重失真, 影响着供用电设备安全经济运行。本文对某矿电网的谐波测试数据进行了分析, 并根据分析结果给出了治理方案及治理结果。

关键词：谐波,安全生产,静态无功补偿,有源电力滤波器

参考文献

[1]王兆安, 杨君, 刘进军等.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社.2002.

[2]程浩忠, 艾芊, 张志刚等.电能质量[M].北京:清华大学出版社.2006

电网中谐波抑制方法的研究 篇5

国际上公认的谐波的含义为：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍”。由于谐波的频率是基波频率的整数倍数，也称其为高次谐波。

电力系统电能质量标准除电压、频率、可靠性外，还有波形。我国电力系统波形的标准是50赫兹的正弦波形。它不仅与发电机发出来的电压波形有关，而且与电力系统负荷的性质有关。由于国内外对发电机的设计和制造的质量标准中对波形有严格要求，可认为发电机发出来的电压波形都是标准正弦波。如果系统的负荷是线性的，如电灯、纯电阻性热负荷等，那么，流过这些负荷的电流也是正弦波。但随着工业化、电气化的发展，出现了许多非线性的负荷，如冶炼、电气化铁路、整流和逆变负荷、变频负荷等接上这些负荷，使系统的电压、电流波形发生畸变。对于一个非正弦波形，可以按傅立叶级数展开成基本频率、两倍、三倍等数倍于基本频率的正弦波形之和。这些两倍以上的正弦波均称为高次谐波。

2 谐波的分类

电气系统所产生的谐波有以下两类：(1)暂态谐波。暂态谐波的产生是由于在电力系统中所使用的电气开关操作所引起，另外使用电力的生产设备发生故障，也会产生暂态谐波。(2)稳态谐波。稳态谐波是由电力系统中非线性负荷所产生。这些非线性负荷有：a.电流源谐波：大功率交流装置，如大型电解电源、大型电化电源、电力机车、轧钢机械设备、中高频加热炉、电弧炼钢炉、频率变换器、通用变频器等。这些用电负荷设备的共同的特点是：使用了大功率的电力半导体器件。b.电压源谐波：含有铁芯的大容量变压器、电动机、电焊机、铁芯电抗器、电压互感器等。c.其它：电视机、电池充电器、荧光灯等装置也会产生谐波，虽然单个装置的功耗不大，但由于使用面广，数量很多，因此，它们给供电系统注入的谐波分量也不容忽视。电流源谐波为对电网的影响最大，电压源谐波对电网的影响极小。近来变频调速控制系统应用越来越广，其对电力系统的谐波污染不容忽视。

3 谐波的危害及抑制的迫切性

在我国有些电力系统和供电系统中，由于谐波造成的危害，已导致事故的多次发生，如：(a)谐波电流使输电线路、发电机、电动机、变压器产生附加损耗，温度升高;使发电机、电动机、变压器的震动和噪声增加。(b)这些谐波中的较低次谐波谐振会使换流装置工作不稳定。(c)谐波电流会对通信、继电保护装置、自动控制装置、计算机产生干扰，损害通话的清晰度，造成电话铃误响，引起继电保护装置误动等。(d)若电网谐波较大，会延迟或阻碍消弧线圈的灭弧作用，导致单相重合闸失败，或不能采用较短的自动重合闸时间。(e)使电能计量产生误差。产生谐波的用户因向系统送谐波功率而少计量，受害用户因吸收无用的谐波功率，还要多付费。(f)谐波引起的谐波过电压会造成电网设备的损坏。(g)造成电容器的损坏。电力系统中的谐波对并联补偿电容器有较大的影响：(1)增加介质损耗，谐波产生的损耗和谐波次数成正比，高次含量越大，产生的损耗也越大，使电容器温度升高。电容器温度升高又引起介损增加。这样反复循环，最后导致电容器热击穿。(2)引起或加剧介质内部的局部放电。如果谐波电压叠加在工频电压上，因气泡因暂态过电压而放电，就可能不会消灭而不断扩大，促使电容器损坏。据统计因谐波而损坏的电气设备中，电容器占40%。无功补偿电容器组的谐波电流放大造成电容器损坏、继电保护误动、电机过热导致大批损坏等。而且谐波和负序电流产生的综合危害曾引起过大容量电机的跳闸，谐波干扰也曾造成220kV线路保护误动从而引发大面积停电。

因此，对谐波污染造成的危害影响加以抑制是极为迫切的。只有把公用电网的谐波量控制在允许范围内，才能保证电能质量，防止谐波对电网和用户的电气设备及各种家用电器造成危害，并保持其安全经济运行，获得良好的社会效益。

4 谐波的抑制和防治

目前国内外主要从谐波发生源、配电系统以及谐波抑制装置三个方面来抑制谐波。本文主要介绍设置谐波装置抑制谐波的方法。

4.1 传统的谐波抑制方法

(1)加设电力无源滤波器。电力无源滤波器由L、C、R组成，其结构简单、运行可靠、维修方便，除滤波外还兼有无功补偿的功能，容量可设计成很大，现在正广泛采用。

(2)增加变流器二次侧整流的相数。对于大容量的变流器，设计时尽量增加整流相数，相数越多，注入电网最低谐波次数越高，谐波电流越小，滤除越简单;如整流相数为六相时，五次谐波电流是基波电流的18.5%，七次谐波电流是基波电流的12%，若将整流相数增加为十二相，则五次谐波电流可下降到基波电流的4.5%，七次电流下降到基波电流的3%。在采用并联多重联结的整流电路时，必须采取有效措施保证可控电力电子元件触发移相的同步性，否则将产生更大的谐波电流。

(3)防止并联电容器组对谐波的放大。并联电容器在电网中起提高功率因素和调节波动电压的作用。根据安装位置不同，并联电容器补偿有三种方式：一是将电容器组集中安装在母线上，以提高整个变电所的功率因数，减少馈出线路的无功损耗;二是分区补偿，将电容器组分别装设在功率因数较低的区域母线上，补偿效果更好，缺点是补偿范围比集中补偿时小;三是就地补偿，针对感性设备如异步电动机，以荧光灯为主的照明线路等，将电容器组安装在负载设备附近，就地进行无功补偿，这种方式优点是既能提高用电设备供电回路的功率因数，又能改善用电设备的电压质量，缺点是电容器安装分散，维护工作量大。但是当谐波存在时，在一定的参数下电容器组会对谐波放大。为避免电容器对谐波的放大，一般采取的措施是：改变与电容串联的限流电抗器;将电容器组某些支路改为滤波器;限制电容器的投入容量。

(4)增加电网短路容量，提高设备的短路比，降低谐波对接在同网上的其它设备的影响。

4.2 新型的谐波抑制方法

在一般情况下，交流器产生的高次谐波随时间变化，采用静止滤波及补偿器无法达到滤除目的及全部补偿。若采用有源滤波器即可达到理想的效果。有源电力滤波器(APF)实质上是一种大功率波形发生器，它把谐波经过采样、180°移相后，再完整的复制出来，送到谐波源的入网点。复制的谐波与原谐波幅值相等，方向相反，并跟随原谐波的变化而变化，因此，原谐波就被抵消了。有源滤波器由两大部分组成，即指令电流计算电路和补偿电流发生电路。指令电流运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量。补偿电流发生电路则根据指令电流运算电路的指令信号，产生需要的补偿电流。图1是有源滤波器经过改进的工作原理示意图。Es为交流电源，负载为谐波源。APF检测出谐波源负载电流i L的谐波分量i LH，通过运算输出指令信号，由补偿电流发生电路产生补偿电流ic,ic=-i LH，使得电源侧电流is中不含谐波，而仅有基波。

有源滤波器(APF)利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。与无源滤波器相比，有以下特点：(1)不仅能补偿各次谐波，还可以抑制闪变，补偿无功，有一机多功能的特点，在性价比上较为合理;(2)滤波器特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险;(3)具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，即具有高度可控性和快速响应性等特点。

5 有源功率因数校正技术

有源滤波器实现高次谐波抑制的思路是给谐波电流或谐波电压提供一个在谐振频率处等效导纳为无穷大的并联网络或等效阻抗无穷大的串联网络。按照接入电网的方式，有源滤波器可分为串联有源滤波器和并联有源滤波器，近年来又设计出串联混合型和并联混合型有源滤波器。其基本结构是一个DC/AC逆变桥与/或一个谐波注入电路。有源滤波器虽然在谐波治理上有其突出特点，但其有功损耗较高，综合成本比无源滤波器高出很多，故在大容量的滤波器装置在国内虽已进入实验阶段，但目前还未广泛采用，随着微电子控制器和电力半导体器件的发展，有源电力滤波器的性价比会越来越高，因此有源滤波器将是今后谐波抑制装置的主要发展方向。

6 结束语

有源滤波器可以克服无源滤波器在实际运行中补偿特性易受电阻抗变化和运行状态影响，与系统发生谐波放大甚至并联谐振的缺陷。若将无源滤波器和有源滤波器相结合构成混合滤波器，相互取长补短，兼有两种滤波器优点，这种方案是谐波抑制方案研究的热点。更为积极的方法是单位功率因数变流器，它是不产生谐波且功率因数为1的新型变流器，它将有力地推动无功补偿和谐波抑制新技术的进步，前景十分广阔。

参考文献

[1]汪金全,杨宋城等.[J].解放军理工大学学报,2001(6):58-62.

[2]史立生.电气传自动化,1998(3):3-6.

[3]杨公源,机电控制技术及应用〔M〕.北京:电子工业出版社,2005:191-192.