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北极星电力网技术频道 作者:佚名 2010/12/7 11:07:21
[摘要]
电力系统谐波是重要的电能质量指标之一。当电力系统中谐波含量达到一定程度时，将对电力设备带来严重危害，影响电力系统的正常运行。本文讲述了电力谐波的概念，对电网中谐波的来源和危害进行了简要分析，提出了治理谐波的方法及管理措施。
[关键词]电网谐波管理
由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。我们必须很慎重地考虑谐波和它的不良影响，以及如何将不良影响减少到最小。
1谐波的概念
在理想的供电系统中，电流和电压都是正弦波的。在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。在实际的电力系统运行中，含在许多非线性负荷，当电流流过与所加正弦电压不呈线性关系的负荷时，电流要产生畸变，形成非正弦波电流。任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波。
供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。谐波是一种干扰量，使电网受到“污染”。谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1）称为谐波次数。谐波频率是基频的整倍数，例如基频为50Hz，二次谐波为100Hz，三次谐波则为150Hz。因此畸变的电流波形可能有二次谐波、三次谐波……可能直到第三十次谐波组成。谐波源是指向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备。
谐波电流朝谐波阻抗小的方向流动。高一级电压谐波阻抗比低压谐波阻抗小，所以谐波电流向上一级电压等级系统流动。
2谐波的产生
电力网络的每个环节，包括发电、输电、配电、用电都可能产生谐波，其中产生谐波最多的是用电环节。
(1)发电源产生谐波：
发电机是由三相绕组组成的，从理论上讲，发电机三相绕组必须完全对称，发电机内的铁心也必须完全均匀一致，才不致造成谐波的产生，但受工艺、环境以及制作技术等方面的限制，发电机总会产生少量的谐波。
(2)输配电系统产生谐波：
输电和配电系统中存在大量的电力变压器。因变压器内铁心饱和，磁化曲线的非线特性以及额定工作磁密位于磁化曲线近饱和段上等诸多因素，致使磁化电流呈尖顶形，内含大量奇次谐波。变压器铁心饱和度越高，其工作点偏离线性就越远，产生的谐波电流就越大，严重时三次谐波电流可达额定电流的5%。
(3)用电设备产生的谐波：
用电环节谐波源更多，晶闸管式整流设备、变频装置、充气电光源以及家用电器，都能产生一定量的谐波。晶闸管整流技术在电力机车、充电装置、开关电源等很多方面被普遍采用。它采用移相原理，从电网吸收的是半周正弦波，而留给电网剩下的半周正弦波，这种半周正弦波分解后能产生大量的谐波。有统计表明，整流设备所产生的谐波占整个谐波的近40%，是最大的谐波源。
变频原理常用于水泵、风机等设备中，变频一般分为两类：交-直-交变频器和交-交变频器。前者将380V/50Hz工频电源经三相桥式可控硅整流，变成直流电压信号，滤波后由大功率晶体开关元件逆变成可变频率的交流信号。后者将固定频率的交流电直接转换成相数一致但频率可调的交流电。两者均采用相位控制技术，所以在变换后会产生含复杂成分(整次或分次)的谐波。因变频装置一般具有较大功率，所以也会对电网造成严重的谐波污染。电弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是2-7次的谐波，平均可达基波的8%-20%，最大可达45%。
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