電力諧波治理的方法
目前常用的電力諧波治理的方法無(wú)外乎有三種，KYLB無(wú)源濾波裝置、KYAPF有源濾波裝置、KYLB動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。下面就談?wù)勥@三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及市場(chǎng)前景及其經(jīng)濟(jì)效益的分析。
KYLB無(wú)源濾波裝置的主要是用電抗器與電容器構(gòu)成，KYLB無(wú)源濾波裝置的成本較低，經(jīng)濟(jì)，簡(jiǎn)便，因此獲得廣泛應(yīng)用。KYLB無(wú)源濾波裝置可以分為并聯(lián)濾波器與串聯(lián)濾波器。
1.1無(wú)源并聯(lián)濾波器
現(xiàn)有的諧波濾除裝置大都使用無(wú)源并聯(lián)濾波器，對(duì)每一種頻率的諧波需要使用一組濾波器，通常需要使用多組濾波器用以濾除不同頻率的諧波。多組濾波器的使用造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增高，并且由于通常的系統(tǒng)中含有無(wú)限多種頻率的諧波成分，因此無(wú)法將諧波全部濾除。不僅如此，由于并聯(lián)濾波器對(duì)諧波的阻抗很低，通常會(huì)使諧波源產(chǎn)生更大的諧波電流，諧振在不同頻率的濾波器還會(huì)互相干擾，例如7次諧波濾波器就可能會(huì)放大5次諧波。因此，如果有人將并聯(lián)濾波器安裝前后的諧波情況做過對(duì)比，就會(huì)發(fā)現(xiàn)：雖然濾波器安裝以后影響系統(tǒng)的諧波電流減小，但是各濾波器中以及進(jìn)入系統(tǒng)的諧波電流之和遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過未安裝濾波器之前，諧波源產(chǎn)生的諧波電流也超過未安裝濾波器之前。
從廣義的角度來講，頻率不等于工頻頻率的成分統(tǒng)統(tǒng)都是諧波。因此，工頻是單一頻率，而諧波有無(wú)限多種頻率，可見諧波具有無(wú)限的復(fù)雜性，使用并聯(lián)濾波器的方法顯然無(wú)法對(duì)付無(wú)限頻率成分的諧波。
1.2無(wú)源串聯(lián)濾波器
由電感與電容串聯(lián)構(gòu)成的LC串聯(lián)濾波器，具有一個(gè)阻抗很低的串聯(lián)諧振點(diǎn)，如果我們構(gòu)造一個(gè)串聯(lián)諧振點(diǎn)為工頻頻率的串聯(lián)濾波器，并將其串聯(lián)在線路中，就可以濾掉所有的諧波。這就是本文介紹的串聯(lián)濾波器，串聯(lián)濾波器由電感和電容串聯(lián)而成，并且串聯(lián)連接在電源與負(fù)荷之間，因此串聯(lián)濾波器的“串聯(lián)”二字具有雙重意思：一個(gè)意思表示電感與電容串聯(lián)，另一個(gè)意思表示串聯(lián)在電路中使用。
在三相電路中均接入串聯(lián)濾波器，由于串聯(lián)帶通濾波器對(duì)基波電流的阻抗很小，而對(duì)諧波電流的阻抗很大，于是只用一組濾波器就可以濾除所有頻率的諧波。
串聯(lián)濾波器對(duì)于諧振點(diǎn)頻率的電流具有極低的阻抗，對(duì)于偏離諧振點(diǎn)頻率的電流，則阻抗增大，偏離的越多，阻抗越大。對(duì)于比諧振點(diǎn)頻率高的電流成分，電感的阻抗為主，對(duì)于比諧振點(diǎn)頻率低的電流成分，電容的阻抗為主。由于諧波成分通常比基波頻率高，因此濾除諧波的工作主要由電感完成，電容的作用是抵消電感對(duì)工頻基波的阻抗。
由于濾除諧波的作用主要由電感完成，因此電感量越大濾除諧波的效果越好。但是電感量越大則價(jià)格越高，損耗越大，因此從成本及損耗上去考慮問題則希望電感量越小越好。當(dāng)電感的基波感抗小于負(fù)荷等效基波阻抗的50％時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)良好的濾波效果（負(fù)荷等效基波阻抗就是負(fù)荷相電壓有效值與相電流有效值的比值）。因此電感的基波感抗必須大于負(fù)荷等效基波阻抗的50％。
對(duì)于電容器的選擇與電感的選擇情況不同，電感的匝數(shù)可以隨意設(shè)計(jì)，而電容器的耐壓只有固定的若干等級(jí)，不能隨意設(shè)計(jì)。比如在低壓配電系統(tǒng)中，就只有耐壓230V與400V的電力電容器可供選擇。由于電容器串聯(lián)在電路中，電容器中的電流即為負(fù)荷電流，當(dāng)電容器的實(shí)際工作電壓等于其額定電壓時(shí)，電容器中流過的電流等于電容器的額定電流，電容器得到充分的利用，因此，當(dāng)電容器的實(shí)際工作電壓等于其額定電壓時(shí)，電容器的成本*低。
實(shí)際的串聯(lián)濾波器成本主要由電感與電容器的成本構(gòu)成。串聯(lián)諧振的電感與電容對(duì)基波的阻抗相等并且電流相同，因此電感與電容的基波工作電壓相同。前面已經(jīng)說明，當(dāng)電容器的實(shí)際工作電壓等于其額定電壓時(shí)，電容器的成本*低，因此電感的實(shí)際工作電壓應(yīng)該等于電容器的額定電壓。電容器的額定電壓等級(jí)大都與電網(wǎng)電壓相當(dāng)，如果電感的實(shí)際工作電壓等于電容器的額定電壓，相當(dāng)于電感阻抗與負(fù)荷阻抗相當(dāng)，可以取得*好的性能價(jià)格比。在這個(gè)基礎(chǔ)上，如果提高電感的感抗，雖然濾波效果可以提高但提高不多，電感的成本增加，電容器需要串聯(lián)，成本急劇增加，性能價(jià)格比下降，因此電感的基波感抗大于負(fù)荷等效基波阻抗的200％沒有實(shí)際意義，如果降低電感的感抗，則濾波效果下降，電感的成本降低，電容器的容量增加因此成本增加，性能價(jià)格比也下降。為了獲得足夠的可靠性，電感與電容器的實(shí)際工作電壓應(yīng)略低于電容器的額定電壓。
當(dāng)諧波電流由外網(wǎng)竄入而影響內(nèi)網(wǎng)負(fù)荷設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí)，在電源與負(fù)荷設(shè)備之間接入串聯(lián)濾波器就可以阻擋諧波保證負(fù)荷設(shè)備的正常運(yùn)行。
當(dāng)諧波由內(nèi)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生而影響系統(tǒng)時(shí)，產(chǎn)生諧波的設(shè)備即為諧波源，在諧波源與電源之間接入串聯(lián)濾波器就可以使諧波源產(chǎn)生的諧波電流大幅度減小。這里需要注意：串聯(lián)濾波器使諧波源自身產(chǎn)生的諧波電流減小，相當(dāng)于使污染源產(chǎn)生的污染減小，是治本的手段。而并聯(lián)濾波器并不能減小諧波源產(chǎn)生的諧波，而是為諧波電流提供一個(gè)低阻抗的通道，避免諧波電流污染系統(tǒng)，相當(dāng)于先污染再治理的方式，是治標(biāo)的手段。不僅如此，由于并聯(lián)濾波器對(duì)諧波的阻抗很低，通常會(huì)使諧波源產(chǎn)生更大的諧波電流。
當(dāng)串聯(lián)濾波器連接在電源與諧波源之間時(shí)，諧波源的輸入電壓波形會(huì)發(fā)生嚴(yán)重畸變，正時(shí)這種電壓波形的畸變使得諧波源的電流接近正弦波。這種輸入電壓波形畸變可能會(huì)影響諧波源控制電路的正常運(yùn)行，如果出現(xiàn)控制電路不能正常運(yùn)行的情況，應(yīng)該將控制電路的電源改接至串聯(lián)濾波器的前端。
KYAPF有源濾波裝置是在KYLB無(wú)源濾波裝置的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。
2．1 KYAPF有源濾波裝置的優(yōu)點(diǎn)
KYAPF有源濾波裝置能做到適時(shí)補(bǔ)償，且不增加電網(wǎng)的容性元件，濾波效果好，在其額定的無(wú)功功率范圍內(nèi)，濾波效果是****的。
2．2、KYAPF有源濾波裝置的缺點(diǎn)
KYAPF有源濾波裝置由于受到電力電子元件耐壓，額定電流的發(fā)展限制，瞬間電流有時(shí)極大，KYAPF有源濾波裝置解決不了瞬間電流稍大電器電子元件就壞問題，且成本極高，其制作也較之KYLB無(wú)源濾波裝置復(fù)雜得多，成本也就高得多了。對(duì)單臺(tái)的KYAPF有源濾波裝置而言，成本極高，用戶接受不了，一般不愿意用KYAPF有源濾波裝置，對(duì)于諧波的含量，不必濾得太干凈，只要不危害其他用電器也就可以了。
2.3KYAPF有源濾波裝置的原理
KYAPF有源濾波裝置主要是由電力電子元件組成電路，使之產(chǎn)生一個(gè)和系統(tǒng)的諧波同頻率、同幅度，但相位相反的諧波電流與系統(tǒng)中的諧波電流抵消。
2.4 KYAPF有源濾波裝置的適用場(chǎng)合
KYAPF有源濾波裝置主要的應(yīng)用范圍是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，尤其是寫字樓的供電系統(tǒng)，工廠的計(jì)算機(jī)控制供電系統(tǒng)。
3．KYLB動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置
人們對(duì)有功功率的理解非常容易，而要深刻認(rèn)識(shí)無(wú)功功率卻并不是輕而易舉的。在正弦電路中，無(wú)功功率的概念是清楚的，而在含有諧波時(shí)，至今尚無(wú)獲得公認(rèn)的無(wú)功功率定義。但是，對(duì)無(wú)功功率這一概念的重要性，對(duì)無(wú)功補(bǔ)償重要性的認(rèn)識(shí)，卻是一致的。KYLB動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)包含對(duì)基波無(wú)功功率補(bǔ)償和對(duì)諧波無(wú)功功率的補(bǔ)償。
3.1諧波和無(wú)功功率的產(chǎn)生
在工業(yè)和生活用電負(fù)載中，阻感負(fù)載占有很大的比例。異步電動(dòng)機(jī)、變壓器、熒光燈等都是典型的阻感負(fù)載。異步電動(dòng)機(jī)和變壓器所消耗的無(wú)功功率在電力系統(tǒng)所提供的無(wú)功功率中占有很高的比例。電力系統(tǒng)中的電抗器和架空線等也消耗一些無(wú)功功率。阻感負(fù)載必須吸收無(wú)功功率才能正常工作，這是由其本身的性質(zhì)所決定的。
電力電子裝置等非線性裝置也要消耗無(wú)功功率，特別是各種相控裝置。如相控整流器、相控交流功率調(diào)整電路和周波變流器，在工作時(shí)基波電流滯后于電網(wǎng)電壓，要消耗大量的無(wú)功功率。另外，這些裝置也會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流，諧波源都是要消耗無(wú)功功率的。二極管整流電路的基波?
