電能作為使用最為廣泛的二次能源,在支撐整個國民經(jīng)濟生產(chǎn)和發(fā)展中具有舉足輕重的地位。電力諧波將導(dǎo)致電氣設(shè)備壽命縮短、網(wǎng)損增大、電容器故障、計量誤差、繼電保護裝置誤動等諸多問題,是衡量電能質(zhì)量問題的一個重要指標(biāo)。為了提高整個供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量,必須對諧波進行有效的檢測和治理。
近年來,針對各種非線性負(fù)載,如電壓調(diào)節(jié)電路、功率調(diào)節(jié)電路和整流電路等傳統(tǒng)諧波問題,國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究工作。在諧波檢測方面,如傅里葉變換諧波檢測方法、基于瞬時功率理論的諧波檢測方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能算法等;在諧波分析方面,對不同諧波源進行精確建模(如恒流源模型、精確模型和混合模型),求解諧波潮流一直是研究的熱點和難點;諧波控制方法包括PI控制、單周期控制、變結(jié)構(gòu)控制、無差拍控制、廣義積分器等;在諧波抑制裝置方面,相關(guān)研究主要集中在諧波濾波器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、諧波檢測方法、控制策略和控制方法、參數(shù)設(shè)計方法和裝置的實現(xiàn)。
隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的穩(wěn)步推進、智能電網(wǎng)的全面建設(shè)、分布式能源大量并網(wǎng)、PWM技術(shù)普遍使用和高壓長距離跨區(qū)域輸電工程全面發(fā)展,電力系統(tǒng)中具有沖擊性、非線性、不平衡性特征的電力電子裝置迅速增加,單臺變流設(shè)備容量逐漸增大,電網(wǎng)諧波水平逐年增高,電網(wǎng)諧波特性也隨之發(fā)生新的變化,逐漸呈現(xiàn)為諧波頻域增寬、中高頻諧波含量增加、多類型諧波交互影響等新特征。
據(jù)了解,限制電力系統(tǒng)諧波水平主要通過限制用戶的諧波發(fā)射水平來實現(xiàn),而限制用戶諧波發(fā)射水平的依據(jù)是國家標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過不斷改進和實踐檢驗,各類諧波標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)取得了長足的進步。2000年,我國國家技術(shù)監(jiān)督局將IEC 61000電磁兼容系列標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)報告中涉及高壓電網(wǎng)諧波及其限制等同為國家指導(dǎo)性技術(shù)文件,其最主要的特點在于設(shè)置了電力系統(tǒng)任意一點電壓畸變兼容水平,并規(guī)定規(guī)劃水平限值要低于兼容水平限值。
經(jīng)分析發(fā)現(xiàn),國內(nèi)外現(xiàn)階段的諧波研究主要集中在對低頻諧波的研究,很少涉及高頻諧波,尤其是PWM控制引起的寬頻域諧波問題。此外,大多數(shù)諧波標(biāo)準(zhǔn)只考慮低于25次的諧波。新能源、分布式發(fā)電的快速發(fā)展,寬頻域諧波的諧振劣化問題給電網(wǎng)的安全性和可靠性帶來了新的挑戰(zhàn),同時諧波頻次范圍的擴大與諧波標(biāo)準(zhǔn)的不足之間的矛盾日益凸顯。
寬頻域諧波問題日益普遍,分布電容的影響不容忽視。廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院、國家電能變換與控制工程技術(shù)研究中心(湖南大學(xué))的研究人員周柯、涂春鳴等,在分析分布電容的影響的基礎(chǔ)上,建立了寬頻域輸電線路諧振劣化問題分析模型,揭示了諧振劣化的機理。其后對湖南省某輸電線路進行了實證研究,結(jié)合實際線路的理論分析和實測結(jié)果,驗證了諧振劣化分析方法的正確性。結(jié)果表明,當(dāng)發(fā)生諧振劣化時,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)沒有全面地考慮寬頻域諧波的潛在威脅。
研究發(fā)現(xiàn),寬頻域諧波在傳輸過程中會被放大。諧波諧振劣化不僅影響了電網(wǎng)中的設(shè)備,也增加了評價諧波標(biāo)準(zhǔn)的難度。因此,在制定諧波標(biāo)準(zhǔn)時必須考慮諧波諧振劣化因素。結(jié)合理論分析和實證結(jié)果,對國標(biāo)(GB)和國際電工委員會(IEC)標(biāo)準(zhǔn)進行比較,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)無法完全涵蓋具有新特點的諧波問題,因此該諧振劣化分析方法為現(xiàn)有諧波標(biāo)準(zhǔn)的完善優(yōu)化提供了理論參考依據(jù)。相關(guān)研究成果已在《電工技術(shù)學(xué)報》2018年增刊2上發(fā)表,題目為“寬頻域諧波諧振劣化問題及其對諧波標(biāo)準(zhǔn)的影響分析”。
研究者表示,為適應(yīng)新時代電網(wǎng)的發(fā)展,諧波標(biāo)準(zhǔn)仍需要進一步完善:(1)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)往往只考慮25次以下諧波的影響,新的諧波標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包含25次以上的寬頻域諧波;(2)應(yīng)考慮將遠(yuǎn)距離輸電線路的放大系數(shù)納入新標(biāo)準(zhǔn);(3)如何結(jié)合兩種標(biāo)準(zhǔn),綜合考慮寬頻域諧波電流與諧波電壓的相互作用;(4)如何根據(jù)新的諧波特性建立新的高頻諧波負(fù)荷諧波發(fā)射標(biāo)準(zhǔn);(5)對于20次以下諧波的放大現(xiàn)象,如何建立有效的觀測手段,明確諧波的實際影響,包括對特殊階次諧波的觀測。
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