串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振對諧波的影響
發(fā)布時(shí)間:2020-04-29 11:13:21
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在電力系統中諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線(xiàn)性負載所致,當電流流經(jīng)負載時(shí),與所加的電壓不呈線(xiàn)性關(guān)系,就形成非正弦電流,從而產(chǎn)生諧波,而許多用電設備又是感性負載,如配電變壓器、電動(dòng)機等,它們都是依靠建立交變磁場(chǎng)才能進(jìn)行能量的轉換和傳遞。傳統的無(wú)功補償與諧波治理方案分別是設置并聯(lián)電容器和LC振蕩電路,這些都需要電容器參與工作,而電容器和電網(wǎng)中的諧波又有相互影響,以下分別就并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振對諧波的影響分別分析:
一.并聯(lián)諧振對諧波的影響
并聯(lián)諧振主要影響是對諧波電流的放大。
1.并聯(lián)電容器對諧波電流放大的原理。在沒(méi)有電容設備且不考慮輸電線(xiàn)路的電容時(shí)。電力系統的諧波阻抗Zsn由下式表示:
Zsn=Rsn+jXsn=Rmsn+JNXs
式中Rsn——系統的n次諧波電阻;
Xs——n次諧波電抗,Xsn=nXs;Xs——工頻短路電抗。
設并聯(lián)電容器的基波電抗為Xc,n次諧波電抗為Xcn,則Xcn=(1/n)Xc。
并聯(lián)電容器后,系統的諧波等效電路如圖所示,系統的n次諧波阻抗變?yōu)閆’sn。
由上式可見(jiàn),裝設電容器之后,系統諧波阻抗發(fā)生變化。既可為感性也可為容性,并對特定頻率的諧波,并聯(lián)電容器可與系統發(fā)生并聯(lián)諧振,使等效諧波阻抗達到最大值。
電力系統中主要諧波源為電流源,其主要特征是外阻抗變化時(shí)電流不變,圖2示出電力系統的簡(jiǎn)化電路圖,圖3為其諧波等效電路,圖中,In為諧波源的n次諧波電流,Isn為進(jìn)入電網(wǎng)的諧波電流,Icn為進(jìn)入電容器的諧波電流。
在這種情況下,Isn和Icn分別為(并聯(lián)電路分流公式)
由上述兩式看到,當Xsn=Xcn時(shí),并聯(lián)電容器與系統阻抗發(fā)生并聯(lián)諧振,Isn,即當諧波源中含有次數為√Xc/Xs,√Xc/Xs的諧波時(shí),將引起諧振,若諧波源中含有次數接近√Xn/Xs的諧波,雖不諧振,但也會(huì )導致該次諧波被放大。
二.串聯(lián)諧振對諧波的影響
傳統的濾波裝置LC濾波器就是利用串聯(lián)諧振設備的原理對諧波進(jìn)行抑制的,LC濾波器也稱(chēng)無(wú)源濾波器,由濾波電容器、電抗器串聯(lián)組合而成,與諧波源并》
除起濾波作用外,還兼顧無(wú)功補償的需要,以下以單調諧LC振蕩電路來(lái)加以說(shuō)明。
單調諧濾波器單調諧濾波器是利用串聯(lián)L、C諧振原理構成的。諧振次數JIc電路結構及阻抗頻率特性曲線(xiàn)如圖4。
濾波器對n次諧波(Wn=NWs)的阻抗為
式中,下標表示第n次單調諧濾波器
由上式可畫(huà)出濾波器阻抗隨頻率變化的關(guān)系曲線(xiàn)。
在諧振點(diǎn)處,Zfn=Rfn,因Rfn很小,n次諧波電流主要由Rfn分流,很少流入電網(wǎng)中,而對于其他次數諧波,Zfn>>Rfn,濾波器分流很少,因此,簡(jiǎn)單地說(shuō),只要將濾波器的諧振次數設定為所需濾除的諧波次數一樣,則該次諧波將大部分流入濾波器,從而起到濾除該次諧波的目的。
總結:無(wú)功補償電容與電力系統中的電感構成了局部電感、電容回路,它們的組合可能會(huì )產(chǎn)生并聯(lián)諧振,會(huì )對某次諧波電流起到放大作用,加劇了諧波危害;當它們構成的局部諧波回路的頻率與系統中存在的某次諧波頻率相近時(shí),就會(huì )造成危險的過(guò)電流和過(guò)電壓,這時(shí)可給并聯(lián)電容器串一定電抗的方法,改變并聯(lián)電容器與系統阻抗的諧振點(diǎn),以避免并聯(lián)諧振。
同時(shí)對于含有諧波的電網(wǎng),在諧波源處裝設LC無(wú)源調諧濾波裝置,吸收諧波電流,有效地減少諧波量。