电力系统中间谐波的来源及危害.doc

电力系统中间谐波的来源及危害 郝江涛，刘　念，幸晋渝，薄丽雅，陈　卓 (四川大学电气信息学院，四川成都610065) 　　摘　要：间谐波是电力系统中一种特殊的谐波。分析了离散傅立叶变换所产生的真假间谐波，同时对间谐波的来源及危害进行了详细的分析。　　关键词：间谐波；来源；危害 　　Abstract：Interharmonics are special harmonic in electric power system. The genuine and fake interharmonic produced by the DFT or FFT have been analyzed. Meanwhile, the sources and harms of interharmonics are also analyzed in detail.　　Key words: interharmonic; sources; harms 　　随着电力电子元件等非线性设备在电力系统中的广泛应用，由此而产生的谐波对电网的污染也越来越严重。谐波问题已引起广泛关注。通常的谐波一般指频率为工频（基波频率）整数倍的成分，而对非整数倍基波频率的成分则称之为间谐波。对于谐波的研究，相关的文献资料很少。现行国家标准《电能质量公用电网谐波》（G/B 14549-93）也只是对谐波规定了限值和测量方法［1］，实际上间谐波及其影响广泛存在电力系统中。文章对离散傅立叶变换得到的间谐波进行了分析［2］，对间谐波的来源及危害也进行了详细的研究［3,4］。 1DFT(FFT)分析间谐波应注意的问题　　(1) 在进行DFT(FFT)分析时，由于间谐波和谐波之间的频域宽度小于一个基波频率，故分析窗的宽度至少需要一个信号周期以上，即分析窗的宽度需要增加。如果某一信号确实含有间谐波，分析时只要采样窗宽度选择恰当，就可以得到真正的间谐波。例：有一信号：x(t)=sin(2π60t)+0.5sin(2π90t),这里60 Hz是基波频率，90 Hz分量是介于基频和二次谐波之间的间谐波。在用DFT(FFT)分析该间谐波问题时，为了得到90 Hz的频谱，需要取采样窗的宽度为两个信号周期（33.3 ms），即频率分辨率为30 Hz，这样分析就可以得到该信号中含有的90 Hz间谐波分量，如图1所示。 　　(2) 有些信号并不含有真正的间谐波，只是在进行DFT(FFT)分析时，由于频谱泄漏和栅栏效应而产生了一些额外的间谐波。再如（1）中分析时采用的信号x(t)，如果把90Hz的间谐波频率改为100 Hz，采样窗口还是用两个信号周期（33.3 ms），即每隔30Hz就得到一个频率值，而100 Hz并不是30的整数倍，由于DFT（FFT）分析时是按30 Hz的整数倍进行采样的，所以就不能完整重复的采集到100 Hz分量，此即频谱泄漏现象，由此而产生了一些新的间谐波分量，实际上这些间谐波在原信号中并不存在。由DFT得到的波形与实际的波形如图2所示。 　　从图中可以看出，由于频谱泄漏而使波形没有了重复性。栅栏效应使得信号本身具有的一些间谐波被其它间谐波给淹没了［5］。又如上述的信号x(t)，设其含有100 Hz的间谐波，同样用两个信号周期的采样窗来分析。那么栅栏效应就会使100 Hz的间谐波被淹没掉，而出现90 Hz的间谐波分量，实际上该90 Hz的间谐波在原信号中是不存在的，如图3所示。 　　栅栏效应使100 Hz的间谐波频谱消失了。　　(3) 当用DFT（FFT）分析波动负荷时，并不能肯定得到的所有间谐波都是信号本身含有的。比如对于变压器涌流，其可以看成是一个快速变化的冲击信号。图4是分别用12个信号周期和60个信号周期的采样窗进行DFT分析得到的频谱图。 　　从图中可以看到，当用12个信号周期的采样窗时，在360 Hz和420 Hz处出现了峰值，但是用60个信号周期的采样窗时，在这两个频率处都出现了凹陷，不过其邻近的频率却具有较大的幅值，这些频率都是一些非整数倍基波频率的间谐波。这一不同结论主要是由采样窗的宽度不同引起的，实质上是由变压器涌流快速波动的特性造成的。 2间谐波的来源2.1变频装置　　变频器的广泛应用正在取代传统的直流调速装置。交流调速分为两大类，即交-直-交变频器和交-交变频器。这两种变频器在使用中其供电电流中均有谐波成分，产生的谐波频率有以下表达式：　　　fh1——与触发脉冲数有关的频率；　　fh2——与触发脉冲数无关的频率；　　p1——触发脉冲数；　　f1——电源输入的基波频率；　　p2——和变频器负载相数有关的系数；　　f0——变频器的输出频率。　　从（1）式和（2）式可以看出，供电电流的谐波频率并不全是基波频率和输出频率的整数倍，即含有间谐波