电力系统谐波的危害性跟抑制策略.doc

电力系统谐波的危害性及抑制策略 【摘要】抑制电力系统的谐波对于改善电能质量非常重要。文章介绍了电力谐波的定义、特征、谐波源等概念,阐述了谐波的危害性及抑制策略。指出谐波作为反映电能质量的一个重要标志,将会日益受到广泛关注。必须进一步提高对于电力谐波危害性的认识程度,努力掌握电力谐波的产生机理,积极开发和运用新产品新技术,将谐波对电力系统所造成的危害降低到最低程度。 　　【关键词】电力谐波 电能质量　抑制策略　有源电力滤波器　危害性 　　 　　1　概述 　　 　　现代电力系统中的谐波主要是由非线性用电设备造成的,各种换流设备(如高压直流输电系统、化工和冶金行业的整流设备等)按照一定的规律,开闭不同的电路,从电网汲取非正弦的电流,造成大量谐波电流注入电力系统,致使电力系统的电流、电压波形发生畸变,严重影响电力系统的安全 HYPERLINK /magazine/1008-5130 \t _blank 经济运行。电力谐波的发生、传输、测量、危害性及抑制策略是电工技术领域面临的重要研究课题之一。 　　 　　2　谐波定义 　　 　　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。谐波频率与基波频率的比值(n=fn/f1)称为谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波,称为非谐波(Non-harmonics)或分数谐波。谐波实际上是一种干扰量,使电网受到一定程度的“污染”,其谐波次数范围一般为2≤n≤40。 　　 　　3　电力谐波的特征 　　 　　在理想的电力系统中,三相交流发电机发出的电压波形基本是正弦波形。即在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里,电流与电压成正比,流过的电流是正弦波。而在实际的供电系统中,由于有非线性负荷的存在,当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时,就形成非正弦电流,其负荷图形(电流或电压波形)几乎全是非对称的、磁滞形的以及转折形的,并且斜率也是随负荷而变的,任何周期性波形均可分解为一个基频正弦加上许多谐波频率的正弦。谐波频率是基频的整倍数,例如基频为50Hz,2次谐波为100Hz,3次谐波则为150Hz。畸变的电流波形可能有2次谐波、3次谐波……可能直到第30次谐波组成。 　　谐波电流的量取决于谐波源设备本身的特性及其工作状况,而与电网参数无关,故可视为恒流源。各种晶闸管电路产生的谐波次数与其电路形式有关,称为该电路的特征谐波。除特征谐波外,在三相电压不平衡,触发脉冲不对称或非稳定工作状态下,各种晶闸管电路还会产生非特征谐波。进行谐波分析和计算最有意义的是特征谐波,如5、7、11、13次等。 　　 　　4 谐波源 　　 　　向公用电网注入谐波电流或在公用电网上产生谐波电压的电气设备称为谐波源。具有非线性特性的电力电子装置是公用电力网络中最主要的谐波源,产生谐波的电气设备类型包括:开关模式电源(SMPS)、电子荧火灯镇流器、调速传动装置、不间断电源(UPS)、磁性铁心设备及某些家用电器如电视机等。这些设备取用的电流是非正弦波形的,其谐波分量使系统正弦电压产生畸变。 　　 　　4.1　开关模式电源(SMPS) 　　大多数的现代电子设备都使用开关模式电源(SMPS)。它们已将传统的降压器和整流器替换成由电源直接经可控制的整流器件去给存贮电容器充电,然后用一种和所需的输出电压及电流相适合的方法输出所需的直流电。优点是:这将使设备元器件的尺寸、价格及重量均可减少,制造成本便可大幅度降低,从而受到设备制造厂家的热烈欢迎。缺点是:无论任何一种类型的元器件,都不能从电源汲取连续的电流,只能汲取脉冲电流,而此脉冲电流含有大量的3次及高次谐波的分量。 　　 　　4.2　电子荧光灯镇流器 　　电子荧光灯镇流器近年被大量采用。其优点是:在工作于高频时可显著提高灯管的工作效率;而其缺点是:逆变器在电源电流中容易产生谐波和电气噪声。 　　 　　4.3 直流调速传动装置 　　直流电动机的调速控制器通常采用三相桥式整流电路,它也称作六脉冲桥式整流电路,因为在直流输出侧每周波内有六个脉冲(在每相的半波上有一个)。直流电动机的电感是有限的,故在直流电流中有300Hz的脉动波(即为供电频率的6倍),这就改变了供电电流的波形。 　　 　　4.4 不间断电源(UPS) 　　根据电能变换方式和由外部供电到内部供电所使用转换方式的不同,UPS有许多不同的类型。主要的类型有:在线的UPS、离线的UPS和线路交互作用的UPS。由UPS供电的负荷总是电子信息设备,它们是非线性的并且含有大量的低次谐波。 4.5 磁芯器件 　　有铁心的电抗器上的励磁电流和磁通密度之间的关系总是非线性的。如果电流波形是正