谐波对低压微电网运行的影响

摘要：人们越来越重视由小容量分布式电源、储能装置和负荷组成的低压微电网，因为其具有供电方式灵活及充分利用各种口再生能源等优点。但由于微电网容量小．且大量采用电力电子装置实现组网．其运行更易受到谐波的影响。公用电网中的谐波(即谐波电流和谐波电压)，是对电网环境非常严重的污染这就要求电力监控设备能够及时准确地对电网谐波分量进行监测。因此分析低压微电网谐波的重要来源．即微电网自身的非线性负荷，微电源电力电子产生谐波和配电网的谐波渗透．了解其影响及微电网与传统大电网的不同之处。掌握微电网的运行方式和并网控制策略．并通过仿真分析非线性负载和配电网侧谐波电压渗透对微电网正常运行的影响具有重要意义。

关键词：微电网；谐波电压；非线性负载；同步控制

中图分类号：U665.12 文献标识码：A 文章编号：

引言：由分布式电源和储能装置组成的小容量低压微电网既可向用户提供高质量的电能又能适时为大电网提供有力支撑．同时又充分利用新能源发电．降低碳的排放．利于环保 ，故低压微电网越来越受到重视与关注。谐波是微电网中一类主要的电能质量问题．

1、微电网的谐波来源

低压微电网中谐波的可能来源可概括为3类．微电网中非线性负荷产生的谐波、微电源电力电子接Lj产生的谐波和配电网的谐波渗透微电网的负荷以居民用电和商业用电为主．家用的低压电气设备多带有相佗控制电路或整流电路。其电流中禽有很高的谐波成分。这类负荷单个容量小．但数量多且出现相对集中．影响不容忽视。光伏电池、燃料电池和微型燃气轮机源。在10kV或更高电压等级的配电网中．电弧炉、大功率的换流设备及电力机车等谐波源注人大鼋的谐波电流．使得配电网与微电网连接处的母线电压中有较高的谐波分量。由于低压微电网的容域较小．根据谐波干扰存各级电网中的传递规律．10kV配网侧的谐波电压渗透将在低压微电网形成恒定的谐波电压．影响微电网的正常运行。

2、谐波的危害

谐波对电嘲运行的危害与有害物质对人类生存环境的污染相似。称为谐波污染．主要有以下几个方面：

(1)谐波使电能生产、传输和利用的效率降低：使电气设备过热，产生振动和噪声，并使其绝缘老化，使用寿命降低，甚至发生故障或烧毁；谐波会引起电力系统局部并联谐振或串联谐振。使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁，如双鸭山矿务局东荣二矿投产初期，由于高次谐波的作用先后烧毁了几台井下动力变压器。

(2)对通信设备和电子设备产生严重干扰，对系统中的控制保护及检测装置造成一定的影响，尤其是利用相位或频率原理工作的一些保护装置和控制装置影响更为严重，有可能出现保护误动作的现象。而且电力电子装置所产生的谐波污染已成为阻碍电力电子技术自身发展的霞大障碍．

(3)影响继电保护的町靠性，如果继电保护装置是按基波负序量整定其整定值大小。此时

若谐波干扰叠加到极低的整定值上，则町能会引起负序保护装置的误动作，影响电力系统安全。

(4)谐波电流通过电动机，不仅会使电动机的损耗增加，还会使电动机转子发生振动，转速不稳，噪声增大，严重影响电动机的正常出力和使用寿命，影响机械加工的产品质量．

3、微电网的同步控制策略

消除电嘲中的谐波对延长电力设备的使用寿命和保证负载的安全经济运行有着非常重要的意义。对于电网谐波污染的治理，应从供用电科学化和法制化管理作为政策角度的治理方案，主要是严格规定电力电子设备的谐波技术指标，超标者不允许出厂和投入电网运行，供电企业采取全面规划和加强技术监督与管理双重措施，控制电嘲中可能产生谐波污染的负载设备，要求用户加装滤波装置。

1．改变谐波源的配置或工作方式具有谐波互补性的装置应集中，否则应适当分散或交替使用!这种适当限制谐波量大的工作方式，可有效地减小波动谐波源的谐波量，有抑制电压波动，闪变、三相不平衡和补偿功率因数的功能S具有综合的经济效益!其缺点是一次投资较大，需专门设计。

2．为了使测量、控制装置能满足负载较大变化范围，因此在设计整机电源时，可给予较大贮备量。一般选取0．5一l倍余量。随着配电网侧电压‰的增加，筋一2。，AU逐渐增大，当“m一4％时，U已超过开关合闸最大允许值10％，微电网并网失败；当配网侧谐波电压分布发生变化但“。相同时，其对并网参数的影响基本相同。这种现象的产生与所采用的控制策略有关：为保证同步过程中微电网对其关键负荷的供电．并网连接点处微电源输出电压的幅值和频率 不能变化太快。PI环的响应时间通常设定为0．1 s。这种控制策略在隔离装置两端电压相量的电压差U与频率差Af较小时效果很好．但当电压差U太大．特别是￡／冈配网侧谐波电压而剧烈变化时．PI环的同步补偿功能难以实现，最终导致联网失败。

3．无源滤波器是传统的补偿无功和抑制谐波的主要手段，是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的滤波装置。无源滤波器又分为单调谐滤波器、高通滤波器及双调谐滤波器等几种，实际应用中常用儿组单调谐滤波器和一组高通滤波器组成滤波装置。

4．以串联电抗器限制电容器合闸涌流电力电容器合闸涌流作用时间甚短，一般2ms内即可降低到无害程度。但其冲击可造成合闸失效，熔断器熔断，产生过电压击穿设备绝缘等危害。

5．有源滤波器(APF)，抑制非线性负载产生的电流谐波，消除其对微电网造成的谐波污染。配电网渗透的谐波电压既影响微电网并网过程的可靠性．又影响微电网联网运行时的电压质量。首先讨论配电网侧谐波电压渗透对微电网并网过程的影响。连接变压器采用Dynll连接方式时，3和3的整数倍谐波电压被变压器隔离，故仿真中不予讨论。仿真电路在GridSource模块中加入需要的谐波电压分量．采用图1所示的同步控制策略

6．增加换流装置的相数。换流装置是电力系统的主要谐波源之一。理论分析表明．换流装置在其交流侧与直流侧产生的特征谐波次数分别为pk+l和pk(p为接流相数或脉动数。k为正整数)。当脉动数I扫p=6增加到p=12时·可以有效的消除幅值较大的低频项，(其特征谐波次数分别为12k4-l和12k)，从而大大地降低了谐波电流的有效值。

7．隔离变压器隔离变压器是一个常用的措施．它可以隔离来自电源的3N次谐波。微电网运行在联网模式下时．配电网侧谐波电压渗透会对微电源的输出电压造成影响。根据国标GB厂r14549—93中对10 kV等级电网谐波电压分布的相关要求：‰u晰≤3．2％(m为奇数)，矾珉№≤1．6％(n为偶数)，“皿≤4．0％；可设10kv配电网的公共连接点(PCC)上的谐波电压分布如表3所示，坼^D=3．86％。

结语：

低压微电网有供电方式灵活及充分利用各种口再生能源等优点，大量采用电力电子装置实现组网．其运行更易受到谐波的影响。掌握微电网的运行方式和并网控制策略．并通过仿真分析非线性负载和配电网侧谐波电压渗透对微电网正常运行的影响具有重要意义。

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