電力系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)論文
電力系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)論文
不斷進(jìn)步的電力系統(tǒng)為現(xiàn)代控制技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)、生活中提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的電力系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)論文，希望你們喜歡。
電力系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)論文篇一
淺談電力系統(tǒng)諧波
【摘要】本文主要就電力系統(tǒng)諧波產(chǎn)生的原因、危害和抑制諧波的措施進(jìn)行了闡述。結(jié)合晉煤集團(tuán)煤礦供電系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用情況。
【關(guān)鍵詞】電力諧波;諧波危害;諧波治理
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)中增加了大量的非線性負(fù)荷，由其產(chǎn)生的高次諧波的危害對(duì)電力系統(tǒng)安全帶來(lái)的極大影響。因此，有效地治理諧波就成為輸配電技術(shù)中迫切需要解決的一個(gè)問(wèn)題。
一、諧波產(chǎn)生的原因
所謂諧波，即理想的電力系統(tǒng)向用戶提供的應(yīng)該是一個(gè)恒定工頻的正弦波形電壓，但是由于各種原因，使這種理想狀態(tài)在實(shí)際中無(wú)法存在。因此通過(guò)對(duì)周期性電壓或電流的傅立葉分解，所得到的頻率為基波整數(shù)倍分量的含有量，稱為諧波。諧波是一個(gè)非正弦周期量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。其周期為T=2∏/W的非正弦電壓U(W)t。
電網(wǎng)的諧波源可分為諧波電壓源和諧波電流源兩種，發(fā)、變電設(shè)備一般為諧波電壓源;而變流裝置、電弧爐和電抗器等為諧波電流源。電力電網(wǎng)中的諧波產(chǎn)生主要源于各種非線性用電負(fù)荷，諧波主要由諧波電流源產(chǎn)生，當(dāng)正弦基波電壓施加于非線性設(shè)備時(shí)，設(shè)備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(guān)系，電流因而發(fā)生畸變，就形成非正弦電流，即電路中有諧波產(chǎn)生。非線性設(shè)備是主要的諧波源。當(dāng)前,電力系統(tǒng)的諧波源主要有三大類。
1.鐵磁飽和型:各種鐵芯設(shè)備,如變壓器、電抗器等,其鐵磁飽和特性呈現(xiàn)非線性。由于鐵芯的飽和，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(jié)構(gòu)形式、鐵心的飽和程度有關(guān)。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(kāi)關(guān)型:主要為各種交直流換流裝置(整流器、逆變器)以及雙向晶閘管可控開(kāi)關(guān)設(shè)備等,在化工、冶金、礦山、電氣鐵道等大量工礦企業(yè)以及家用電器中廣泛使用。晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)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(jī)在焊接期間,其電弧的點(diǎn)燃和劇烈變動(dòng)形成的高度非線性,使電流不規(guī)則的波動(dòng)。其非線性呈現(xiàn)電弧電壓與電弧電流之間不規(guī)則的、隨機(jī)變化的伏安特性。對(duì)于電力系統(tǒng)三相供電來(lái)說(shuō),有三相平衡和三相不平衡的非線性特性。后者,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(dāng)前中壓供電系統(tǒng)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(duì)電網(wǎng)的危害
諧波的污染和危害主要表現(xiàn)在對(duì)電力與信號(hào)的干擾和影響上。主要表現(xiàn)在以下方面：
1.對(duì)電力電容器的危害。由于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占比例不大，也會(huì)產(chǎn)生明顯的諧波電流。特別是在產(chǎn)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(dǎo)致電容器因過(guò)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(chǎn)生集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，在繞組中引起附加銅耗，同時(shí)使鐵耗相應(yīng)增加。特別是3次(及其倍數(shù))諧波侵入三角形連接的變壓器，會(huì)在其繞組中形成環(huán)流，使繞組發(fā)熱。對(duì)Y形連接中性線接地系統(tǒng)中，侵入變壓器的中性線的3次諧波電流會(huì)使中性線發(fā)熱。增大變壓器繞組和鐵芯的損耗，降低電網(wǎng)電壓，降低變壓器的實(shí)際使用容量。諧波還導(dǎo)致變壓器噪聲增大，使變壓器出現(xiàn)過(guò)熱，縮短使用壽命。
3.影響繼電保護(hù)裝置的可靠性。諧波能夠改變保護(hù)繼電器的動(dòng)作特性，當(dāng)有諧波畸變時(shí)，諧波對(duì)過(guò)電流、欠電壓、距離、頻率、等繼電器均會(huì)引起拒動(dòng)和誤動(dòng)。保護(hù)裝置失靈和動(dòng)作不穩(wěn)定。
4.增加輸電線路功耗。如果電網(wǎng)中含有高次諧波電流，那么，高次諧波電流會(huì)使輸電線路功耗增加。
5.引起電力測(cè)量的誤差。諧波會(huì)使電氣測(cè)量?jī)x表測(cè)量不準(zhǔn)確，造成計(jì)量誤差。
三、諧波的治理
諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為幾波頻率的整數(shù)倍。目前濾波方式有很多種，主要有兩種：(1)無(wú)源濾波器治理，即在電網(wǎng)上并聯(lián)無(wú)源調(diào)諧濾波器組;(2)有源濾波器治理，即在電網(wǎng)上并聯(lián)電力有源濾波器等。
1.裝設(shè)無(wú)源濾波器
1)無(wú)源濾波器也稱為L(zhǎng)C調(diào)諧濾波器，原理是由電容器和電抗器串聯(lián)而成，設(shè)定電感和電容的值，將其設(shè)計(jì)為某頻率下極小阻抗,,對(duì)相應(yīng)頻率諧波電流進(jìn)行清除。濾波器相當(dāng)于短路，此次諧波通過(guò)，而其他波不能通過(guò)，完成濾波。避免其流入系統(tǒng)。目前主要技術(shù)方案有分組投切調(diào)諧電容器組、靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)兩種。
2)采用無(wú)源濾波器治理諧波是一個(gè)非常普遍和基本的方法。技術(shù)成熟，價(jià)格低廉。但濾波效果不很理想。只能抑制固定的幾次諧波，由于電網(wǎng)中的復(fù)雜化和非線性負(fù)荷的增多，不僅諧波含量波動(dòng)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(wú)源濾波器設(shè)置好參數(shù)就基本不能再變。另外，無(wú)源濾波還會(huì)產(chǎn)生諧振問(wèn)題，電網(wǎng)處于諧振狀態(tài)或接近狀態(tài)時(shí)，諧波將被大幅度的放大，引起事故。
2.裝設(shè)有源濾波器
1)有源濾波器(APF)：基本工作原理為檢測(cè)電路檢測(cè)出補(bǔ)償對(duì)象的電壓和電流后，經(jīng)指令電流運(yùn)算電路計(jì)算得出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)補(bǔ)償電流發(fā)生電路放大，得出補(bǔ)償電流，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中要補(bǔ)償?shù)闹C波電流及無(wú)功電流相抵消，最終得到期望的電源電流。保證電源側(cè)的負(fù)載電流為正弦波。
2)有源濾波以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的諧波電流為補(bǔ)償對(duì)象，補(bǔ)償效果和通用性良好。能跟蹤補(bǔ)償各次諧波、自動(dòng)產(chǎn)生所需變化的無(wú)功功率，其特性不受系統(tǒng)影響，無(wú)諧波放大危險(xiǎn)，相對(duì)體積重量較小。已成為電力諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹匾侄巍?/p>
四、實(shí)例分析
某變電站上級(jí)220kV變電站帶有鐵路機(jī)車的牽引變電站，鐵路機(jī)車的牽引變電站產(chǎn)生的諧波電流及負(fù)序分量，造成變電站電能質(zhì)量惡化。2010年在變電站試運(yùn)行諧波治理裝置MARS，MARS系統(tǒng)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(shù)實(shí)現(xiàn)的電流發(fā)生器，是有源濾波器。MARS裝置投運(yùn)前后對(duì)主變低壓側(cè)各次諧波電流進(jìn)行測(cè)試，運(yùn)行方式為：1#主變、2#主變投運(yùn)，3#主變備用，35kV母線并列運(yùn)行，各35kV變電站均采用分列運(yùn)行方式。測(cè)試數(shù)據(jù)如下：
根據(jù)上述數(shù)據(jù)對(duì)比顯示，1#主變低壓側(cè)，2、3、5、7、9、13和15次諧波電流均已超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在MARS投運(yùn)之后，經(jīng)過(guò)一期調(diào)試，系統(tǒng)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(yùn)之前都有了較為明顯的改善。1#主變低壓側(cè)2、3、5、7、13和15次諧波電流，得到了明顯的抑制，均在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求限值之內(nèi)。
五、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，諧波已成為電能質(zhì)量另一個(gè)重要指標(biāo)，因此，無(wú)論是從保障電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度，還是從用戶用電設(shè)備的安全、正常工作的角度，有效地治理諧波，將其限制值允許范圍內(nèi)，已成為迫切的問(wèn)題之一，研究電網(wǎng)諧波問(wèn)題具有十分重要的意義。
參考文獻(xiàn)
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電力系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)論文篇二
電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用探討
摘要 近年來(lái)，不斷進(jìn)步的 計(jì)算機(jī)技術(shù)為現(xiàn)代控制技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)、生活中提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，新的材料和結(jié)構(gòu)器件又促進(jìn)了電力電子技術(shù)的飛速 發(fā)展，且在各行業(yè)中得到廣泛的 應(yīng)用。本文就電力電子技術(shù)在發(fā)電環(huán)節(jié)中、輸電環(huán)節(jié)中、在配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用和節(jié)能環(huán)節(jié)的運(yùn)用進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。
關(guān)鍵詞 電力電子技術(shù);電力系統(tǒng);應(yīng)用
中圖分類號(hào)TM1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708(2011)38-0147-02
以功率半導(dǎo)體器件、電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)為支撐依據(jù)的電力電子技術(shù)經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，目前在新能源開(kāi)發(fā)、電能質(zhì)量控制和民用產(chǎn)品等多個(gè)行業(yè)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。直流輸電是最成功地應(yīng)用于電力系統(tǒng)的大功率電力電子技術(shù)。20世紀(jì)80年代之后，提出了柔性交流輸電(FACTS)概念，于是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究引起的很大的關(guān)注，許多介紹和 總結(jié)相關(guān)設(shè)備的基本原理和應(yīng)用現(xiàn)狀層出不窮，相繼又出現(xiàn)了多種設(shè)備。筆者按照電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電和配電以及節(jié)電環(huán)節(jié)，列舉電力電子技術(shù)的應(yīng)用研究和現(xiàn)狀。
1 在發(fā)電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
發(fā)電機(jī)組的多種設(shè)備在電力系統(tǒng)的發(fā)電環(huán)節(jié)都會(huì)被涉及到，如何改善這些設(shè)備的運(yùn)行特性就需要電力電子技術(shù)參與應(yīng)用。
1.1 大型發(fā)電機(jī)的靜止勵(lì)磁控制
靜止勵(lì)磁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高以及造價(jià)相對(duì)較低 ，采用晶閘管整流自并勵(lì)方式，在世界的各大電力系統(tǒng)被廣泛采用。省去勵(lì)磁機(jī)這個(gè)中間慣性環(huán)節(jié)，使其擁有了特有的快速性調(diào)節(jié)。這樣使得控制規(guī)律的方法和更加先進(jìn)，效果更加良好。
1.2 水力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)的變速恒頻勵(lì)磁
水頭壓力和流量決定了水力發(fā)電的有效功率，抽水蓄能機(jī)組最佳轉(zhuǎn)速變會(huì)隨著水頭的變化幅度而變化。風(fēng)速的三次方與風(fēng)力發(fā)電的有效功率成正比，隨風(fēng)速的變化，風(fēng)車捕捉最大風(fēng)能的轉(zhuǎn)速也發(fā)生變化。所以機(jī)組變速運(yùn)行，即調(diào)整轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的頻率，使其與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速疊加后保持定子頻率即輸出頻率恒定，從而獲得最大有效功率。變頻電源是此項(xiàng)應(yīng)用的技術(shù)核心。
1.3 發(fā)電廠風(fēng)機(jī)水泵的變頻調(diào)速
發(fā)電廠的廠用電率平均8%，風(fēng)機(jī)水泵耗電量約是火電設(shè)備總耗電量的65%，不僅耗量大且運(yùn)行效率低，為了節(jié)能，在低壓或高壓變頻器使用時(shí)可以使風(fēng)機(jī)水泵變頻調(diào)速，從而減少電量的消耗。目前來(lái)講，低壓變頻器技術(shù)以達(dá)到一定 的水平，國(guó)內(nèi)外的生產(chǎn)廠家也比較多，只是系列產(chǎn)品還不夠完整。但是高壓大容量變頻器設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的企業(yè)還是比較少，需要院校和企業(yè)抓緊聯(lián)合開(kāi)發(fā)，以滿足生產(chǎn)需求。
2 在輸電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
被稱為“硅片引起的第二次革命”就是電力電子器件應(yīng)用于高壓輸電系統(tǒng)，這樣使得電力網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)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(shù)
流輸電相對(duì)遠(yuǎn)距離輸電、海底電纜輸電及不同頻率系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，高壓直流輸電優(yōu)勢(shì)獨(dú)特，因?yàn)槠洳粌H輸電容量大、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)而且控制調(diào)節(jié)非常靈活，從。1970年世界上第一項(xiàng)晶閘管換流器之后，世界上新建的直流輸電工程均采用晶閘管換流閥，這也是電力電子技術(shù)正式應(yīng)用于直流輸電的里程碑。
2.2 柔性交流輸電(FACTS)技術(shù)
20世紀(jì)80年代后期，F(xiàn)ACTS技術(shù)的概念問(wèn)世，這是項(xiàng)基于電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)對(duì)交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓及相位實(shí)施靈活快速調(diào)節(jié)的輸電技術(shù)，可以靈活控制交流輸電功率潮流，使得電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平大大的提高。
20世紀(jì)90年代后，國(guó)外在研究開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上開(kāi)始將FACTS技術(shù)用于實(shí)際電力系統(tǒng)工程。其設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，成本較低，所以應(yīng)用較早。
2.3 在配電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用
如何加強(qiáng)供電可靠性和提高電能質(zhì)量是配電系統(tǒng)迫切需要解決的問(wèn)題，電能質(zhì)量控制既要抑制各種瞬態(tài)的波動(dòng)和干擾，還要滿足對(duì)電壓、頻率、諧波和不對(duì)稱度的要求，在FACTS各項(xiàng)成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的電能質(zhì)量控制新技術(shù)就是用戶電力(Custom Power)技術(shù)或稱DFACTS技術(shù)，它是電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)在配電系統(tǒng)中的應(yīng)用。其實(shí)FACTS設(shè)備的縮小版就是DFACTS設(shè)備，因?yàn)槠湓?、結(jié)構(gòu)、功能是相似。由于市場(chǎng)較大的需求，所以使用會(huì)日益的廣泛，再加上電力電子器件價(jià)格日益降低，可以預(yù)計(jì)DFACTS設(shè)備產(chǎn)品將迅速進(jìn)入快速發(fā)展期。
3 在節(jié)能環(huán)節(jié)的運(yùn)用
3.1 變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行
要想在節(jié)能環(huán)節(jié)有所成就，就必須從電動(dòng)機(jī)本身和變負(fù)荷電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用兩方面入手，只有二者結(jié)合起來(lái)，電動(dòng)機(jī)的節(jié)能才能達(dá)到良好的效果。
目前，變負(fù)荷的風(fēng)機(jī)、水泵采用交流調(diào)速在國(guó)外居多，在我國(guó)還需要進(jìn)一步推廣應(yīng)用。風(fēng)機(jī)、泵類等變負(fù)荷機(jī)械中采用調(diào)速控制代替擋風(fēng)板或節(jié)流閥控制風(fēng)流量和水流量收到良好的效果，其調(diào)速范圍廣，精度高，效率高，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)速且在調(diào)速過(guò)程中轉(zhuǎn)差損耗小，定子、轉(zhuǎn)子的銅耗也不大，可以達(dá)到30% 的節(jié)電率，缺點(diǎn)就是成本較高，產(chǎn)生高次諧波污染電網(wǎng)，即使這樣，并不影響其在在冶金、礦山等部門及社會(huì)生活中應(yīng)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(wú)功損耗，提高功率因數(shù)
在電氣設(shè)備中，屬于感性負(fù)載的變壓器和交流異步電動(dòng)機(jī)，在運(yùn)行的過(guò)程中是有功功率和無(wú)功功率均消耗的設(shè)備，作為保證電能質(zhì)量不可缺少的部分無(wú)功電源與有功電源是一樣的，所以在電力系統(tǒng)中應(yīng)保持無(wú)功平衡，不然就會(huì)系統(tǒng)電壓降低、功率因數(shù)下降、設(shè)備遭到破壞 ，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成大面積的停電事故，為防止這樣的事情發(fā)生，當(dāng)電力網(wǎng)或電氣設(shè)備無(wú)功容量不足時(shí)，增裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，提高設(shè)備功率因數(shù)勢(shì)在必行。
4 結(jié)論
總之，電力系統(tǒng)是電力電子技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，只有不斷的加大已有研究成果的技術(shù)應(yīng)用和運(yùn)行投入，不斷改善經(jīng)濟(jì)可行性，才能大幅度提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定水平，產(chǎn)生巨大效益。
參考文獻(xiàn)
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