矿区高压供电系统谐波治理方法研究张宇1,2，尹士明1 （1.中煤平朔集团有限公司， 山西朔州036000；2.太原理工大学，太原030000） 【摘 要】想要使矿区的供电系统经济、安全，就要有效提高供电网络的电能质量。但是供电系统在运行的过程中会产生谐波危害，这就严重地影响矿区供电网络，使电能质量得不到较好地控制。为了能够有效提高矿区供电系统的电能质量，就要使用一些手段对谐波危害进行处理。根据矿区供电网络的特点，治理谐波危害可以通过高压动态无功补偿装置进行。论文简单介绍了谐波的原理及危害，并提出其治理方法，以供参考。 【关键词】矿区高压供电系统；谐波危害；治理方法 【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2017.04.127 1 引言电力电子技术近年来迅速发展，广泛应用到各行各业中。煤矿企业也引进了大量先进的电力电子设备，以变频器为主的非线性设备也不断融入到煤矿电网中。这些设备在发挥自身优点的同时，也为煤矿电网带来了谐波危害，直接影响了煤矿企业的电网安全。本文以某煤矿矿区的35kV供电系统为例，阐述谐波的原理、危害、治理方法及治理案例。 2 谐波的原理及危害2.1 谐波的原理 供电系统的电能质量包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、瞬时或暂态过电压、谐波含量等。其中谐波含量是电能质量的重要问题。谐波属于周期电气量的正弦波分量，它的频率是基波频率的整数倍，供电网络谐波产生的主要是因为非线性负荷。非线性负荷外加的电压和电流为非线性关系，当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。供电系统谐波治理不仅能够降低电能的损耗，还能够延长供电系统的使用周期，提高电能质量，改善电磁环境。 2.2 谐波的危害 1）会使变压器、电动机等一系列电器设备的电阻增大，从而使附加消耗与温升变大，使电气设备的绝缘老化速度变快，使用周期缩短。 2）某个频率的谐波电压会和电容器产生谐振，一般表现为烧电容器保险，严重情况下还会造成电容器膨胀、爆炸，对电容器造成损坏。 3）导致继电器动作变慢，使供电设备、仪表装置不能正常可靠运行。 4）导致电力系统及通讯系统发生电磁耦合，导致通讯线路受到干扰[1]。 3 高压供电系统中谐波的治理方法3.1 通过无功补偿装置进行谐波治理 由补偿原理可知，电容补偿方法只能解决相位滞后而不能解决电流畸变的问题，而且电路中并联电容器，使得电路的阻抗关系更为复杂，容易形成谐振，使电路工作稳定性受到很大的影响。电容对频率很敏感，高频电压和电流很容易形成谐振过电流而烧坏保险或损坏电容器。所以，通过无功补偿装置进行谐波治理是有一定局限性的，无法收到理想的效果。 3.2 通过无源滤波及有源滤波装置进行谐波治理 3.2.1 无源滤波装置工作原理 该装置由电抗器、电容器及其他附件组成，与谐波源并联，可以进行无功补偿与谐波治理功能。该装置有多条单调谐滤波支路，比如要想滤除5次谐波，只要把支路中的电容电感参数调到250Hz以下的频率，并且要求支路中的调谐频率总抗阻在零左右，5次特征谐波电流就会流入谐波支路，避开系统，从而达到谐波治理的效果。 3.2.2 有源滤波装置工作原理 该装置可以检测出电路中的无功及谐波量，通过有源逆变装置产生补偿电流，此电流与负载电流中的无功及谐波电流大小相等，方向相反，从而能够抵消无功及谐波电流，实现无功补偿及谐波治理的目的。SVG装置可以运行在有源滤波工作模式。 4 矿区高压供电系统谐波治理案例通过对某矿区电网的谐波含量进行测试，发现矿区35kV供电系统中谐波含量与35kV电压谐波总畸变率严重超标。通过分析及研究，发现5次、7次谐波含量较大，从而制定了以有源滤波器为主的谐波治理方案。 在有源滤波器中加入基波串联谐振支路，能够大大降低有源滤波器的容量。加入无源滤波器能够滤除谐波，并且能够提供容量较大的无功功率。为了能够满足35kV供电系统的需求并且进行谐波治理，可以将这2点结合在一起，从而构建混合型有源滤波器拓扑结构。 混合型有源滤波器拓扑结构如图1所示，其中is、if、iL分别为电网电流、无源滤波电流及负载电流，ic表示有源部分的谐波补偿电流。 35kV矿区电网中5次、7次谐波含量较高，所以混合型有源滤波器拓扑结构设置5次、7次单调谐波滤波器为无源部分，同时5次、7次单调谐波滤波器还能进行无功补偿。使用IGBI模块的电压型脉宽调制PWM逆变器为有源部分，逆变器直流端是电容，充电后为直流电压源Udc。有源滤波器输出端具有一个输出滤波器，由L0和C0组成，可以过滤高频毛刺。有源部分通过耦合变压器和基波串联谐振注入型电路之后，与无源滤波器组成并且接入电网。基波串联谐振注入型电路分别有L1、C1及Cc组成，Cc能够补偿无功功率，由于其发生的串联谐振阻抗小，所以有源滤波器不受基波电压及电流，有效地减少了有源滤波器容量。对于其中的谐波分量，C1-L1具有较大的网络阻抗，有源滤波器中的谐波补偿电流通过耦合变压器进入到Cc中，然后流入电网，所以不会对有源滤波器补偿电流的输出产生影响，从而实现谐波治理及无功补偿的目的。滤波前后的电网电流中的谐波含量见表1。  图1 混合型有源滤波器拓扑结构 表1 滤波前后的电网电流谐波含量  谐波次数 总谐波 5次谐波 7次谐波滤波前/%滤波后/% 14.6 3.5 3.5 0.7 3.6 0.5 5 结语针对矿区高压供电系统谐波污染问题，使用有源滤波、无源滤波及动态无功补偿滤波装置进行治理，大大改善了电流及电压波形，降低了电流及电压的畸变率，而且有效进行了谐波治理，降低了总进线中的谐波电流，电容器在运行中由谐波产生的噪声也大大减小[2]。该系统可以有效控制系统中的谐波，提高功率因数，还可降低电网中的谐波污染，使电能质量更高，供电网络更加可靠，为矿区的安全生产提供保障。 【参考文献】 【1】廖青华,杨柳林,李璨.工矿供电系统谐波治理新方法研究[J].工矿自动化,2012,38(11):27-30. 【2】刘东晓,王伟京.矿井供电系统谐波治理方案的研讨[J].煤矿安全, 2010,41(6):136-138. Studies of the High Voltage Power Supply System Harmonic Governance Approach ZHANG Yu1,2，YIN Shi-ming1 【Abstract】In order to make the power supply system of mining area economic and security,it necessary to effectively improve the power quality of the power supply network.But the power supply system in the process of operation will generate harmonic harm,which will seriously affect mine power supply network quality，and can not well control of the power quality.In order to be effectively improve the power quality of mine power supply system,it must use some means to deal with harmonic harm.Then according to the characteristics of the mine power supply network, governing the harmonic harm can use high-pressure dynamic reactive power compensation device.Paper briefly introduces the principle and harm of the harmonic,and puts for ward the countermeasures,for reference. 【Keywords】mine high voltage power supply system;harmonic wave;governance approach 【中图分类号】TM 8 【文献标志码】A 【文章编号】1007-9467（2017）04-0059-02 【收稿日期】2016-11-18 【作者简介】张宇（1986～），男，山西朔州人，工程师，从事电力系统及其自动化研究。 |
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