25、电力系统谐波治理与小型水电系统设计

电力系统谐波治理与小型水电系统设计

1. 电力系统谐波治理

在电力系统中，谐波问题是影响电能质量的重要因素。三相电力电子设备，如三相转换器和逆变器，除了三角形配置外，通常不会产生三次谐波。为了减轻谐波的影响，主要有以下三种方法：
- 减少负载产生的谐波电流 ：例如针对非线性负载采取相应措施。
- 通过滤波器、电容器和电感器改变系统频率响应 ：利用这些元件的特性来调整系统对不同频率的响应，从而减少谐波的影响。
- 应用滤波器 ：滤波器是解决谐波问题的关键设备。

滤波器主要分为无源滤波器和有源滤波器两类。无源滤波器由电阻、电感和电容组成，可分为并联滤波器和串联滤波器；有源滤波器则应用了逆变器等电力电子设备。这里重点介绍在燃料电池（FC）系统中占主导地位的低通滤波器。

低通滤波器的基本配置包含电感（Lf）和电容（Cf）。FC 的脉宽调制电压源逆变器（PWM VSI）输出接入低通滤波器，通过消除特定谐波来提供正弦输出电压。在实际应用中，电感（Lf）存在一定电阻，可添加小串联电阻。当改变电源频率到某一特定值时，电感和电容的阻抗相等，这个频率被称为谐振频率。计算公式如下：
- 电容阻抗：$X_C = \frac{1}{\omega C} = \frac{1}{2\pi f C}$
- 电感阻抗：$X_L = \omega L = 2\pi f L$
- 谐振频率：$f_r = \frac{1}{2\pi\sqrt{L_fC_f}}$

在谐振频率下，阻抗最小，电流最大，这种现象可能会造成严重损坏。下面通