宽频域谐波的潜在威胁欠缺全面考虑,现有标准需进一步优化

  • 日期:07-09
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宽频域谐波的潜在威胁欠缺全面考虑,现有标准需进一步优化

  电能作为使用最为广泛的二次能源,在支撑整个国民经济生产和发展中具有举足轻重的地位。电力谐波将导致电气设备寿命缩短、网损增大、电容器故障、计量误差、继电保护装置误动等诸多问题,是衡量电能质量问题的一个重要指标。为了提高整个供电系统的电能质量,必须对谐波进行有效的检测和治理。

  近年来,针对各种非线性负载,如电压调节电路、功率调节电路和整流电路等传统谐波问题,国内外学者开展了大量的研究工作。在谐波检测方面,如傅里叶变换谐波检测方法、基于瞬时功率理论的谐波检测方法、基于神经网络的智能算法等;在谐波分析方面,对不同谐波源进行精确建模(如恒流源模型、精确模型和混合模型),求解谐波潮流一直是研究的热点和难点;谐波控制方法包括PI控制、单周期控制、变结构控制、无差拍控制、广义积分器等;在谐波抑制装置方面,相关研究主要集中在谐波滤波器的拓扑结构、谐波检测方法、控制策略和控制方法、参数设计方法和装置的实现。

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  随着全球能源互联网建设的稳步推进、智能电网的全面建设、分布式能源大量并网、PWM技术普遍使用和高压长距离跨区域输电工程全面发展,电力系统中具有冲击性、非线性、不平衡性特征的电力电子装置迅速增加,单台变流设备容量逐渐增大,电网谐波水平逐年增高,电网谐波特性也随之发生新的变化,逐渐呈现为谐波频域增宽、中高频谐波含量增加、多类型谐波交互影响等新特征。

  据了解,限制电力系统谐波水平主要通过限制用户的谐波发射水平来实现,而限制用户谐波发射水平的依据是国家标准。经过不断改进和实践检验,各类谐波标准已经取得了长足的进步。2000年,我国国家技术监督局将IEC 61000电磁兼容系列标准和技术报告中涉及高压电网谐波及其限制等同为国家指导性技术文件,其最主要的特点在于设置了电力系统任意一点电压畸变兼容水平,并规定规划水平限值要低于兼容水平限值。

  经分析发现,国内外现阶段的谐波研究主要集中在对低频谐波的研究,很少涉及高频谐波,尤其是PWM控制引起的宽频域谐波问题。此外,大多数谐波标准只考虑低于25次的谐波。新能源、分布式发电的快速发展,宽频域谐波的谐振劣化问题给电网的安全性和可靠性带来了新的挑战,同时谐波频次范围的扩大与谐波标准的不足之间的矛盾日益凸显。

  宽频域谐波问题日益普遍,分布电容的影响不容忽视。广西电网有限责任公司电力科学研究院、国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学)的研究人员周柯、涂春鸣等,在分析分布电容的影响的基础上,建立了宽频域输电线路谐振劣化问题分析模型,揭示了谐振劣化的机理。其后对湖南省某输电线路进行了实证研究,结合实际线路的理论分析和实测结果,验证了谐振劣化分析方法的正确性。结果表明,当发生谐振劣化时,相关标准没有全面地考虑宽频域谐波的潜在威胁。

  研究发现,宽频域谐波在传输过程中会被放大。谐波谐振劣化不仅影响了电网中的设备,也增加了评价谐波标准的难度。因此,在制定谐波标准时必须考虑谐波谐振劣化因素。结合理论分析和实证结果,对国标(GB)和国际电工委员会(IEC)标准进行比较,发现现有标准无法完全涵盖具有新特点的谐波问题,因此该谐振劣化分析方法为现有谐波标准的完善优化提供了理论参考依据。相关研究成果已在《电工技术学报》2018年增刊2上发表,题目为“宽频域谐波谐振劣化问题及其对谐波标准的影响分析”。

  研究者表示,为适应新时代电网的发展,谐波标准仍需要进一步完善:(1)现有标准往往只考虑25次以下谐波的影响,新的谐波标准应包含25次以上的宽频域谐波;(2)应考虑将远距离输电线路的放大系数纳入新标准;(3)如何结合两种标准,综合考虑宽频域谐波电流与谐波电压的相互作用;(4)如何根据新的谐波特性建立新的高频谐波负荷谐波发射标准;(5)对于20次以下谐波的放大现象,如何建立有效的观测手段,明确谐波的实际影响,包括对特殊阶次谐波的观测。

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