電力系統中諧波的來(lái)源

電力系統中的諧波來(lái)自電氣設備，也就是說(shuō)來(lái)自發(fā)電設備和用電設備。由于發(fā)電機的轉子產(chǎn)生的磁場(chǎng)不可能是完善的正弦波，因此發(fā)電機發(fā)出的電壓波形不可能是一點(diǎn)不失真的正弦波。目前我國應用的發(fā)電機有兩大類(lèi)：隱極機和凸極機。隱極機多用于汽輪發(fā)電機，凸極機多用于水輪發(fā)電機。

對于諧波分量而言，隱極機優(yōu)于凸極機，但隨著(zhù)科技進(jìn)步，可控硅、IGBT等電子勵磁裝置的投入，使發(fā)電機的諧波分量有所上升。當發(fā)電機的端電壓高于額定電壓的10%以上時(shí)，由于電機的磁飽和，會(huì )使電壓的三次諧波明顯增加。同樣在變壓器的電源側電壓超過(guò)額定電壓10%以上時(shí)，也會(huì )使二次側電壓的三次諧波明顯增加。由于電網(wǎng)電壓偏移在±7%以下，所以發(fā)電、變電設備產(chǎn)生的諧波分量都比較小，比國家的考核標準低的多，因此發(fā)電、變電設備不是影響電網(wǎng)電壓波形方面質(zhì)量的主要矛盾。

為此，影響電網(wǎng)電壓波形質(zhì)量的主要矛盾是非線(xiàn)性用電設備，也就是說(shuō)非線(xiàn)性用電設備是主要的諧波源，非線(xiàn)性用電設備主要有以下四大類(lèi)：

電弧加熱設備：如電弧爐、電焊機等。

交流整流的直流用電設備：如電力機車(chē)、電解、電鍍等。

交流整流再逆變用電設備：如變頻調速、變頻空調等。

開(kāi)關(guān)電源設備：如中頻爐、彩色電視機、電腦、電子整流器等。

這些用電設備都是非線(xiàn)性用電設備，但它們產(chǎn)生的諧波各不相同，具體舉例分析如下：

1、電弧加熱設備是由于電弧在70伏以上才會(huì )起弧，才會(huì )有弧電流，并且滅弧電壓略低于起弧電壓，造成弧電流與弧電壓的非線(xiàn)性。

此外，弧電流的波形還有一定的非對稱(chēng)性。正是由于弧電流是非正弦波，造成電弧加熱設備對電網(wǎng)的諧波污染比較大，而且多為18次以下的低次諧波污染。其實(shí)電焊機在上世紀四、五十年代已廣泛應用，由于電弧加熱設備量少，電焊機應用的同時(shí)率就更小了，對整個(gè)電網(wǎng)的影響比較小，但發(fā)現當在燒電焊時(shí)，局部低壓電網(wǎng)的電壓和電流變化很大，有較大的諧波影響。

2、交流整流直流用電設備的諧波產(chǎn)生的原因是由于整流設備有一個(gè)閥電壓，在小于閥電壓時(shí)，電流為零。這類(lèi)用電設備為了提供平穩的直流電源，在整流設備中加入了儲能元件（濾波電容和濾波電感），從而使閥電壓提高，加激了諧波的產(chǎn)生量。為了控制直流用電設備的電壓和電流，在整流設備中應用了可控硅，這使得該類(lèi)設備的諧波污染更嚴重，而且諧波的次數比較低。

3、交流整流再逆變用電設備，在交流變直流過(guò)程中產(chǎn)生的諧波與上述的交流整流直流用電設備一樣，它在直流逆變成交流時(shí)又有逆變波形反射到交流電流，這類(lèi)設備產(chǎn)生的諧波分量不僅有低次諧波，也有高次諧波。

雖然這類(lèi)設備單臺容量比上述兩類(lèi)設備容量要小，但它的分布面廣，數量多，是推廣使用的技術(shù)手段，因此它的諧波污染應引起足夠關(guān)注。

4、開(kāi)關(guān)電源設備應用很廣，它的工作原理是先把交流整流成直流，通過(guò)開(kāi)關(guān)管控制變壓器初級電流的開(kāi)通和關(guān)閉，從而在變壓器二次側感應出電流，供給用電設備。此外，開(kāi)關(guān)電源的頻率比較高一般在40kHz左右，不僅在整流時(shí)產(chǎn)生諧波，而且在開(kāi)關(guān)管開(kāi)閉時(shí)，反射40kHz左右的波至電源。這類(lèi)用電設備同樣是單臺容量不大，但它是應用面廣、量大的非線(xiàn)性用電設備，它還有一定量的三次諧波，造成配變的中心線(xiàn)電流居高不下，而且三次諧波還會(huì )通過(guò)配變污染到10kV電網(wǎng)。

高次諧波的產(chǎn)生原因？

隨著(zhù)電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新型用電設備越來(lái)越多地問(wèn)世和使用，高次諧波的影響越來(lái)越嚴重。電力系統受到諧波污染后，輕則影響系統的運行效率；重則損壞設備以至危害電力系統的安全運行。

諧波產(chǎn)生的主要由以下兩大因素造成：

1. 可控硅整流裝置和調壓裝置等的廣泛使用，晶閘管在大量家用電器中的普通采用，以及各種非線(xiàn)性負荷的增加導致波形畸變。

2. 設備設計思想的改變。過(guò)去傾向于采用在額定情況以下工作或余量較大的設計?，F在為了競爭，對電工設備傾向于采用在臨界情況下的設計。例如，有些設計為了節省材料使磁性材料工作在磁化曲線(xiàn)的深飽和區段，而在這些區段內運行會(huì )導致激磁材料波形嚴重畸變。

高次諧波的抑制？

高次諧波的抑制，主要是減少或消除注入電網(wǎng)的諧波電流，控制諧波電壓和電流在允許范圍內，抑制諧波電流的主要措施為：改善供電環(huán)境、降低諧波源的諧波含量，吸收諧波電流。其中吸收諧波電流是目前使用廣泛，且是有效的抑制諧波的方法。常見(jiàn)的方法如下：

1、無(wú)源濾波器（FC）

無(wú)源濾波器屬于被動(dòng)的吸收式濾波，在諧波比較簡(jiǎn)單的系統中，結合功率因數補償，選用高性能的濾波電容器，串聯(lián)高線(xiàn)性的濾波電抗器，組合成濾波補償器，在吸收系統中主要的諧波分量時(shí)，補償無(wú)功功率。

無(wú)源濾波又分為調諧和非調諧的兩種濾波技術(shù)，調諧式無(wú)源濾波技術(shù)主要為濾波，其效率可達70%，但配置的容量很大，投入時(shí)會(huì )造成電壓波動(dòng)，且易造成過(guò)補償。其計算和配置復雜，存在諧振的危險，無(wú)法滿(mǎn)足要求。目前已不使用。

非調諧式無(wú)源濾波技術(shù)是抑制諧波進(jìn)入電容器，避免諧振。其配置簡(jiǎn)單，但濾波效果差。

2、有源濾波器（APF）

有源濾波器屬于動(dòng)態(tài)消除濾波，一般用于重要負荷場(chǎng)所，根據用電設備對諧波的敏感程度，為達到較好的濾波效果，配置動(dòng)態(tài)有源濾波器。有源濾波器是采用開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)數字信號處理和脈寬調制技術(shù)，根據檢測到的諧波分量，產(chǎn)生一個(gè)幅值相等、相位相反的電流，在諧波源出注入系統，使電源的總諧波為零，達到實(shí)時(shí)補償諧波電流的目的。與無(wú)源濾波器相比，該技術(shù)對清除諧波效果大，可濾除97%以上的諧波電流，其濾波特性不受系統阻抗影響，可清除與系統阻抗發(fā)生諧振的危險，不僅能補償各次諧波，還可抑制閃變、補償無(wú)功。有一機多能的特點(diǎn)。該技術(shù)不存在導致過(guò)補償和引起電壓波動(dòng)的問(wèn)題，具有自適應功能，可自動(dòng)跟蹤補償變化中的諧波。

【高次諧波的產(chǎn)生原因和抑制 引用摘錄 諧波的危害與抑制 馬訓福 張群】

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