为此,影响电网电压波形质量的主要矛盾是非线性用电设备,也就是说非线性用电设备是主要的谐波源,非线性用电设备主要有以下四大类:
交流整流直流用电设备的谐波产生的原因是由于整流设备有一个阀电压,在小于阀电压时,电流为零。这类用电设备为了提供平稳的直流电源,在整流设备中加入了储能元件(滤波电容和滤波电感),从而使阀电压提高,加激了谐波的产生量。为了控制直流用电设备的电压和电流,在整流设备中应用了可控硅,这使得该类设备的谐波污染更严重,而且谐波的次数比较低。
随着经济的发展,人类生产生活对电能质量要求越来越高,而电网的谐波污染却日益严重,这为电能质量治理行业发展提供了广阔的市场空间。电能质量治理产品需求有望维持快速增长,前景广阔。
谐波保护器能自动消除具有破坏性的高次谐波,高频噪声、用户侧谐波、尖峰瞬变等.确保了用电设备的使用寿命。
电力系统中的谐波来自电气设备,也就是说来自发电设备和用电设备。由于发电机的转子产生的磁场不可能是完善的正弦波,因此发电机发出的电压波形不可能是一点不失真的正弦波。目前我国应用的发电机有两大类:隐极机和凸极机。隐极机多用于汽轮发电机,凸极机多用于水轮发电机。
无源滤波器由LC等被动元件组成,将其设计为某频率下极低阻抗,对相应频率谐波电流进行分流,其行为模式为提供被动式谐波电流旁路通道;而有源滤波器由电力电子元件和DSP等构成的电能变换设备,检测负载谐波电流并主动提供对应的补偿电流,补偿后的源电流几乎为纯正弦波,其行为模式为主动式电流源输出。
据前瞻产业研究院发布的《中国电能质量治理产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》分析,近年来,电能质量治理产品市场需求容量不断扩大,增长强劲。其中,无功补偿装置与谐波治理两大主要产品市场发展最为迅猛,产品质量和数量都有大幅提升。
SVC以可控硅调节电抗加多组电容作为无功补偿的主要手段,极容易发生谐振放大现象,导致安全事故,系统电压波动大时,补偿效果受很大影响,运行损耗大;SVG配套电容器不需要设置滤波器组,不存在谐振放大现象,SVG是有源型补偿装置,是采用可关断器件IGBT构成的电流源装置,从而避免了谐振现象,运行安全性能大大提高。有源滤波器主要是治理电流谐波,有源滤波器同无源滤波器比较,治理效果好,主要可以同时滤除多次及高次谐波,不会引起谐振,但是价位相对高。如图所示为有源滤波结构图。
此外,弧电流的波形还有一定的非对称性。正是由于弧电流是非正弦波,造成电弧加热设备对电网的谐波污染比较大,而且多为18次以下的低次谐波污染。其实电焊机在上世纪四、五十年代已广泛应用。由于当时电弧加热设备量少,电焊机应用的同时率就更小了,对整个电网的影响比较小,但发现在烧电焊时,局部低压电网的电压和电流变化很大,有较大的谐波影响。
如图所示,针对可控硅整流电源型谐波源,设置了5、7、11次单调谐滤波支路。由于特定次数的谐波电流值与所流经支路谐波阻抗成反比,谐波源产生的谐波电流中,80~90%流经滤波支路,只有10~20%的谐波电流注入系统,起到很好的谐波滤除效果。