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電力系統(tǒng)中諧波的來源

電力系統(tǒng)中的諧波來自電氣設備，也就是說來自發(fā)電設備和用電設備。由于發(fā)電機的轉子產生的磁場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不失真的正弦波。目前我國應用的發(fā)電機有兩大類：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，但隨著科技進步，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，由于電機的磁飽和，會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額定電壓10%以上時，也會使二次側電壓的三次諧波明顯增加。由于電網電壓偏移在±7%以下，所以發(fā)電、變電設備產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電壓波形方面質量的主要矛盾。

為此，影響電網電壓波形質量的主要矛盾是非線性用電設備，也就是說非線性用電設備是主要的諧波源，非線性用電設備主要有以下四大類：

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、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。

開關電源設備：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性用電設備，但它們產生的諧波各不相同，具體舉例分析如下：

1、電弧加熱設備是由于電弧在70伏以上才會起弧，才會有弧電流，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性。

此外，弧電流的波形還有一定的非對稱性。正是由于弧電流是非正弦波，造成電弧加熱設備對電網的諧波污染比較大，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，電焊機應用的同時率就更小了，對整個電網的影響比較小，但發(fā)現(xiàn)當在燒電焊時，局部低壓電網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生的原因是由于整流設備有一個閥電壓，在小于閥電壓時，電流為零。這類用電設備為了提供平穩(wěn)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，在交流變直流過程中產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又有逆變波形反射到交流電流，這類設備產生的諧波分量不僅有低次諧波，也有高次諧波。

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

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

高次諧波的產生原因？

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

諧波產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，以及各種非線性負荷的增加導致波形畸變。

2. 設備設計思想的改變。過去傾向于采用在額定情況以下工作或余量較大的設計?，F(xiàn)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(jié)省材料使磁性材料工作在磁化曲線的深飽和區(qū)段，而在這些區(qū)段內運行會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。常見的方法如下：

1、無源濾波器（FC）

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

無源濾波又分為調諧和非調諧的兩種濾波技術，調諧式無源濾波技術主要為濾波，其效率可達70%，但配置的容量很大，投入時會造成電壓波動，且易造成過補償。其計算和配置復雜，存在諧振的危險，無法滿足要求。目前已不使用。

非調諧式無源濾波技術是抑制諧波進入電容器，避免諧振。其配置簡單，但濾波效果差。

2、有源濾波器（APF）

有源濾波器屬于動態(tài)消除濾波，一般用于重要負荷場所，根據用電設備對諧波的敏感程度，為達到較好的濾波效果，配置動態(tài)有源濾波器。有源濾波器是采用開關元件，通過數字信號處理和脈寬調制技術，根據檢測到的諧波分量，產生一個幅值相等、相位相反的電流，在諧波源出注入系統(tǒng)，使電源的總諧波為零，達到實時補償諧波電流的目的。與無源濾波器相比，該技術對清除諧波效果大，可濾除97%以上的諧波電流，其濾波特性不受系統(tǒng)阻抗影響，可清除與系統(tǒng)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、補償無功。有一機多能的特點。該技術不存在導致過補償和引起電壓波動的問題，具有自適應功能，可自動跟蹤補償變化中的諧波。

【高次諧波的產生原因和抑制 引用摘錄 諧波的危害與抑制 馬訓福 張群】

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