风力发电谐波对电力系统的影响及解决方案
摘要 从“谐波”这概念含义及特入手,分析了其旋电机、静止电力设备等方面对电力系统影响,并从增加整流器脉波数、入谐波电流、并滤波器等方面提出了方案。
关键词 风力发电;谐波;电力系统;影响、谐波概述“谐波”这名词起声学,声学谐波表示根弦或空气柱以基循环(或基波)颠率倍数频率振动。
对电气信也与相仿,谐波被定义信量,该信频率是实际系统频率(即发电机所产生频率)整数倍。
用示波器显示复杂信,是域观察倍形状,亦即对任给定瞬显示出波形。
若信加高灵敏放器上,则耳朵听到合成声音是诸频率混合信,因而波形可用其域或其频域数据描述。
我们知道,只有畸变波形持续无限周期数,才能完善地应用这种变换。
实际情况并非如,因变动将会改变系统谐波含量,但是,只要所分析条件持续相当,这问题就不准。
因,必须谐波和暂态波加以区别,谐波是波形保持不变,暂态波是波形逐周期有明显变化。
虽然声学通常认听力效应不受这种相角关系影响,对电气信则并非如,由不产生谐波,其位置和相对相位变化可能显著地改变其总效应。
二、风力发电谐波对电力系统影响()谐波对旋电机影响、谐波损耗谐波电压或电流电机定子绕组、子回路以及定子和子铁心引起附加损耗。
由涡流和集肤效应关系,定子和子导体这些附加损耗要比直流电阻引起损耗些。
具有斜槽子感应电机情况下,定和子磁通是变化,产生高频会引起铁损,损耗与斜槽数量以及钢片铁损待性有关。
谐波产生附加损耗对交流电机影响严重,电机承受额外谐波损耗能力和总附加损耗与整电机温升和局部热(可能是子)有关。
鼠笼感应式电机允许较高子损耗和温,只要定子温不超允许围即可,有绝缘子绕组电机可能受到限制更多。
对发电机,连续序电流限制到约额定电流0%,而对感应电动机,序电压限制到约额定电压%,由这些事实可以得出允许谐波存某些围。
如谐波量超这些序限值,则发生问题是预。
、谐波距对各次谐波可以推出感应电动机等值电路,如图所示,其所有参数皆与绕组电流实际频率相对应。
电动机作用谐波磁场速方向上产生轴距,所有正序谐波会产生有助轴旋轴矩,而序谐波会产生相反作用。
因近似0,所以上式可写、标幺值。
利用关系式和,矩可以用电压表示,即因对谐波频率滑差几乎是,实际上由每单位谐波电流所产生短是很,这矩以成对形式出现而导致相抵消。
这些影响示图。
所以谐波对平矩影响多数情况下可以忽略不计,虽然谐波对平短影响很,但它们会产生较矩脉冲。
图子谐波矩和电流(二)谐波对静止电力设备影响、输电系统流入电谐波电流产生两主要影响其是因增加了电流波形有效值而引起附加输电损耗,即式,次谐波电流,系统该谐波频率下电阻。
事实上这味着,弱系统(阻抗值和低故障水平)会比刚性系统(高故障水平和低阻抗)有较电压扰动。
电缆输电情况下,谐波电压以正比其幅值电压形式增加了介质电场强。
这影响缩短了电缆使用寿命,还增加了事故次数和修理费用。
峰值电压与谐波和基波相角关系有关,所以即使有效值电压限值以而峰值电压高出额定值也是可能。
、变压器谐波电压存增加了变压器磁滞和涡流损耗以及绝缘电场强,谐波电流增加了铜损,这影响对整流变压器更重要,因滤波器不能作用整流变压器,它般是装交流系统侧。
和电力变压器特别有关重要影响是三次倍数零序电流接法绕组环流。
对带非对称荷变压器而言,应有另重要考虑。
若荷电流含有直流分量,引起变压器磁路饱合,会增加交流激碰电流谐波分量。
3、电容器组电压畸变电容器产生额外电力损耗,以下式表示式,是损耗因数,,次谐波电压效值。
再者,包括基波和谐波总无功功率不应超额定无功功率,即Q 电容器和系统其它部分串和并谐振可以引起电压和电流,从而增加电容器损耗和热,而且常常导致电容器损坏。
(三)谐波对纹波控制系统干扰纹波控制常用街道照明电路遥控以及白天峰值荷减荷(如用热水加热器)遥控。
因纹波继电器基上是电压型(高阻抗)设备,所以如谐波电压足够,其干扰可引起信阻塞或继电器误动。
多电压谐波会影响继电器取继电器检测回路灵敏和其选择性,还有纹波入频率和干扰谐波频率接近程。
电容器由具有吸收纹波信特性会产生样效。
继电器误动是出现了引起继电器改变状态谐波电压(船无信)所致。
现代纹波纪电器通采用编码开关信已有效地了这问题。
早期纹波继电器是采用机械滤波装置机电式设备,虽然其灵敏低,却有良选择性。
但是这些继电器常受到误动作苦,因它们信编码不足以应付通滤波器任谐波干扰。
现代纹被继电器基上是其机电式前身电子等值器。
它们般采用压电或有滤波电路和高信编码以将误动作降到。
它们具有国际标准规定滤波响应曲线,而且要使用精确电子元件(高稳定和可靠性),以保证继电器使用期有满性能。
纹波继电器几乎肯定会采用效数滤波技术,有谐波电压存,数滤波器能理想地检测出规定频率信。
(四)谐波对电力系统保护干扰谐波能够改变保护继电器动作特性,这与继电器设计特和原理有关。
多数情况下,动作特性变化不而且不成问题,进行试验表明,对多数类型继电器而言,当谐波水平0%,其动作受到影响不明显。
但是随着电力换流器增加,这情况将可能会变化。
正常情况和故障情况下发生问题是不,将分别考虑。
、故障状态谐波问题继电器保护功能般是按基波电压和或电流项设计,故障波形出现任何谐波或者滤除或者略不计。
较重要是谐波频率对阻抗测量影响,距离继电器整定以输电线基波阻抗作根据,故障情况谐波电流(特别是3次谐波)存会引起相当误差。
故障电流流高电阻率地,亦即地阻抗占主要部分地方,高次谐波量是常见,所以误动作可能性很,除非只取基波波形。
永久故障,基波分量是故障电流主要成分(尽管伴随故随波形有直流不对称),但是因电流感器饱和关系,副方感应电流波形会发生畸变,特别是原方有较直流偏移。
这种情况下副方谐波出现可能是实际问题,亦即只要电流感器发生饱和,就很难保持基波电流波形。
稳态条件下,只要感器副方有较高电动势,非线性电流感器励磁阻抗会引起奇次谐波畴变;当暂态条件下饱和,会感生次和3次谐波主任何谐波。
幸亏这些只是设计碰到问题,按系统要正确地选择设备可以消除很多随仪表感器而出现问题。
相关人员谈论了某些可用数滤波技术,尽管实用起不那么容易,但是采用数滤波技术容易得到真实基波数据。
、故障状态外谐波问题继电保护对正常系统荷灵敏很低说明,非故障条件电力系统谐波量不成问题。
明显例外可能是电力变压器充电所遇到问题。
实际上,可积极利用励磁涌流谐波量以防止变压器保护因充电所遇见特峰值而将高压断路器切断(部分)。
涌流实际峰值与变压器铁心电感、绕组电田以及操作发生电压波形上有关。
操作前铁心残余磁通样可增加或减轻涡流峰值,这与磁通对起始瞬电压极性有关。
因充电副方电流零,涌流必然会引起差动保护动作,除非使其变得不动作,简单办法是采用延差动接线,但是若充电有故障,这会严重损坏变压器。
实际上,是利用涌流出现非特征次谐波分量以限制保护,但当充电若有部故障,则保护仍然是有效。
三、 方案()增加整流器脉波数整流装置是供电系统主要谐波,其交流侧所产生高次谐波k±改谐波,而直流侧产生k次谐波,理想情况下,脉波数和谐波次数关系如表。
从表可知,整流装置从6脉波增加到脉波,谐波次数k士(k、、3……正整数),就可以消除5、7、7、l 9…等次谐被,并且谐波电流有效值与谐波次数成反比。
增加整流相数途径有两种,其是采用特殊接线方式,使整流变压器形成多相整流,另种方法是将相数少整流变压器,结成等效多相形式。
图3采用相移变压器多相整流原理及矢量图,采用曲折法接线加移相线圈,可以构成多相整流,得到所要电压和相位。
但当变压器容量较,制造工艺将十分困难。
两台6脉波整流器接母线上,采用丫丫和丫或者丫和接线方式,便可得到脉波数整流装置,样采用台接三绕组变压器也可以得到上述效,两台变压器接可以采用串供电方式,也可以用并供电方式,如图、b所示。
从上所述,等效多相系统,都是6相基础上,利用变压器绕组丫和接法不组合,或增加移相绕组构成,因,只有当各整流器组接线准确、荷相等,且控制角相等,才能完全消灭低次谐波,否则,谐波电流得不到完全补偿。
(二)入谐波电流这方法基原理是向变压器三绕组入补偿电流抵消变压器铁心谐波磁通,图5是这种方法原理图。
图是滤波器,其作用是滤送到变压器二次侧电流基波成分,得到谐波电流放器放送入三绕组,产生和二次侧电流样磁势,放器放倍数,、、分别变压器次、二次和三次绕组匝数,Q补偿绕组,k电流感器变比,如补偿完善话,磁通谐波成分可以完全抵消,不会有谐波进入电。
—电流感器—整流器—放器、—滤波器 —三绕组变压器这种方法优是它能够将非特征谐波如3次、9次谐波考虑。
其缺是要有功率反馈放器,才能有效地消除较低次谐波。
另种谐波电流入法事将外加3次谐波叠加方波上,如图6所示,以消除所给定运行某些谐波。
(三)并滤波器上面是从改造非线性荷身消除和抑制其入供电系统高次谐被,尽管如,由晶闸管装置各相不平衡,或者供电系统运行方式改变,晶闸管装置控制角较等原因,可能出现幅较低次谐波或者总谐波含量增加等情况,以致使供电系统母线上电压或电流畸变率超国规定标准,这就要安装滤波器抑制高次谐波。
滤波器抑制高次谐波基原理是利用电路谐振特,图7R、L、串电路,设谐波电压,谐波角频率,谐波电压有效值,其复数阻抗若满足,则电路Z将达到值,这电流将有值,因,电感上电压,而电容上电压。
从上可见,两者相等,方向相反,因而谐振,可以将图、B两看成是短路,对作谐振频率,它阻抗则可能比R得多。
其阻抗频率特性如图8所示,滤波器频率谐振,阻抗,利用这,很容易作到滤其次高次谐波,,滤波器阻抗与电阻相等,阻抗角5°,阻抗幅值R,这种将谐振电路谐振调到其固定频率所构成滤波器(例如5、7、……谐波)称单调谐滤波器。
参考献 []曹笃峰,詹庆才 电谐波危害及其治理[] 科技创新导报, 007,(3) []李敬波 高次谐波对电力电容器危害及保护措施[] 科技咨询导报, 007,(9)[3]周国威,吴胜利 电谐波危害及消除高次谐波方法[] 电力电容器, 006,(0) []李明强,王杰,王双 谐波对电影响探讨与研究[] 供用电, 005,(05) [5]逄型华 谐波及其治理[] 煤炭技术, 006,(08) [6]汪延宗,陈利飞 电力系统电压与无功补偿(三)[] 农村电气化, 005,(0) 作者简介 []王永明男976年出生工学硕士空军原向涛籍贯黑龙江省阿城市 出生日期969年0月 牡丹江电业局工程师研究方向电力系统。
赵先臣籍贯山东省梁山市 出生日期973年月牡丹江电业局助理工程师研究方向电力系统。