低壓配電係統的諧波分析及其抑製方法
電力技術
作者：聶豔麗
摘要：諧波嚴重危害電氣係統的安全性與穩定性，還會增加額外的電能損耗，縮短設備電氣壽命，對低壓配電係統的電能質量造成嚴重汙染，影響功率因數，導致供電效率降低。機場對電能質量的要求很高，文章以機場助航燈光變電站中的低壓配電係統為例，通過對燈光站中諧波產生的原因進行詳細分析，給出了抑製諧波的方法。
關鍵詞：低壓配電係統；諧波；無源濾波器；有源濾波器
中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1009—2374（2012）25—0117—03
1 概述
隨著電力電子設備在低壓配電係統中的廣泛應用，低壓配電中的電能質量越來越受到關注與重視。科學的不斷進步，帶來大量先進的電子電氣產品，應用於機場中，其中大部分都為非線性負荷。而機場是一類負荷，對電力的持續性和穩定性要求極高。因此，合理的機場助航燈光變電站的低壓配電設計顯得尤為重要。要求相關設計人員在進行相關設計時，就應該考慮到諧波可能產生的根源，並采取相應抑製措施。首先，燈光變電站內的主要負荷就是可控矽調光器，它是非線性負荷，是導致燈光變電站產生大量諧波的主要原因。燈光變電站低壓係統中產生的諧波，就會對助航燈光供電係統的電能質量造成嚴重汙染，使得配電係統的電壓、電流均產生畸變，場區內的助航燈光燈具會發生頻閃，影響對飛行員的正確引導，也會嚴重縮短燈具的壽命。同時，由於存在大量的諧波分量損耗，使得係統功率因數下降，就會導致低壓係統的供電效率降低。當市電供電時，對燈光係統的運行安全影響較小；而當切換至燈光變電站內的柴油發電機組供電時，就有可能發生發電機組無法提供負荷所需的有功電能，導致電動機抖動，調光器無法進行高光級下的電流控製和調節，輸出電流就會出現失調而報警。嚴重情況下，甚至可能會出現設備跳閘的現象，存在極大的安全隱患。因此，機場燈光站的諧波治理問題尤為重要。文章通過對燈光站低壓配電係統諧波產生的原因進行詳細分析，給出了抑製諧波的方法，為以後的工程提供了有益參考。
2 諧波概述
在供電係統提供的電能質量比較理想的情況下，通過負荷的交流電波形應該是標準的正弦波。但是，由於大量的非線性負荷設備應用於電力係統中，實際的交流電波形往往會發生畸變，成為不規則波形。測得的交流電波形就是一種非正弦的周期波。利用電流的疊加原理，對一個非正弦的畸變電流波形作傅立葉變換，可分解為無窮多個正弦量相疊加的形式。其中頻率與工頻相同的分量稱為基波，還會得到一係列頻率大於電力係統基波頻率的正弦分量，這些頻率較高分量稱為諧波。諧波的頻率為基波頻率的整數倍數，所以，諧波也常被稱為高次諧波。
3 諧波的產生及危害
在機場助航燈光變電站內，可控矽調光器是低壓配電係統中的最主要設備。它負責控製整個機場助航燈光的開/關和調節燈光亮度，控製其所帶的燈光回路電流保持在規定值。機場燈光變電站中多采用可控矽調光器，它是采用相位控製方法來實現調光的，使得調光器的輸出電流保持在規定值。當電網中的正弦波電壓施加於可控矽調光器時，就變成了非線性波形。調光器在調相變控恒流過程中產生了大量的諧波，從而對整個係統造成汙染。另外，為提高係統的功率因數，在燈光站電壓電氣設計中往往會使用純容性的無功補償櫃，這會將係統中的諧波放大。
燈光站中的調光器采用兩相電源輸入，在電氣設計中，往往三相負荷達不到完全平衡，從而產生非規則化的諧波頻譜，也容易產生大幅值的高次諧波，幹擾調光器的控製係統。
燈光站低壓配電係統中諧波的存在，就會影響到整個係統的電壓、電流波形。畸變的波形使得功率因數下降，係統的供電效率降低。如果市電失電，全場的燈光負荷均轉由站內的柴油發電機供電，就有可能發生原本設計合理的發電機容量，小於整個係統在高光級別條件下所需要的視在功率的情況，從而影響調光器對高光級別的調節與控製，甚至有可能直接導致設備跳閘，對運行帶來極大的安全隱患。另外，現在機場中的助航燈光監控係統，通常也是利用燈光輸電電纜的載波進行通信的。如果燈光變電站中存在有諧波，就會很大程度上影響信號傳輸的準確性。