电网谐波资料.docx

什么是电网谐波？谐波畸变的危害有哪些？

谐波含义

供电系统电网交流电压波形应为正弦波，电路中流过的电流也是正弦波。但是有些用电设备。例如硅整流设备、电镀、电焊、电弧炉、轧钢机，电动机车，以及气体发光灯，其负荷电流都是非正弦波。理论和实践都能证明：任何周期性的非正弦波都可以分解成一个直流分量和若干不同频率的周期性正弦分量之和。在这些不同频率的正弦分量中，有一个正弦分量的频率与电力系统电源频率相同，称为基波；其余各正弦分量的频率都为基波频率的正数倍，统称为高次谐波，并按其频率为基波倍数分别叫做二次、三次、四次......谐波。三次、五次等倍数为奇数的称为奇次谐波；二次、四次等倍数为偶数的称为偶次谐波。

实际上，在将周期性非正弦电流分解为各个分量时，并不一定会含有所有分量，有时只含有其中几个分量，究竟含有哪几个分量，与非正弦波的形状有关。例如，与横轴对称的非正弦波不含直流分量和偶次谐波。

在研究谐波畸变治理之前,必须首先搞清楚谐波是什么?谐波为什么能产生波形畸变?电力系统,产生的波形(电压、电流)既可能是正弦波、也可能是非正弦波。所谓正弦波只是一种理想的参数波形,要想得到这种波形,要求发电机定子槽线圈必须高度精确分布,转子要在极其均匀的磁场中旋转才能产生。而实际生产用的交流发电机,本身既没有高度精确分布的线圈结构,也没有极其均匀的变化磁场,因此发电机所产生的电压波形,随时间的变化都或多或少地偏离正弦波。这种对正弦波的偏离即是对正弦函数的偏离,从而使对波形的数学描述也变得复杂了。尽管产生的波形畸变不大(1%~2%),但确实存在。

图一图二

图2表示含有3次和5次谐波的骑变电压波形。由于用户的负荷不同,即造成畸变的原因不同,其波形畸变的形状也表现各异,诸如:

采用桥式整流电路的变频启动过程,其波形畸变为独特的双尖顶形电流波;

计算机负荷由于电容电流作用,产生的波形畸变为较陡的尖峰形电流波;

荧光灯负荷产生的波形畸变为低而平缓的平顶波形;

(4)电弧炉负荷产生的波形畸变极大,而且正负半周不等；

由上述分析可知，用电设备的非正弦电流是公用电网的谐波源。由于谐波源向电网注入谐波电流，在电路阻抗上产生谐波电压降，与正弦波电压叠加，就会造成电网电压波形畸变，而影响供电电能质量。

谐波畸变产生的原因

电力系统谐波的产生主要来自电源和负荷两大方面:其一是发电机和变压器制造上的缺欠和风能、太阳能发电方式造成的;其二则是用户的非线性负荷造成的。就电网的发展来看,这后一种原因即非线性负荷的飞速发展较前者影响更大,是造成谐波污染的主要根源。当某种负荷上施加一个正弦电压,所形成的电流若和施加的电压及负荷阻抗成正比例,并且随电压波形的变化而变化,这种负荷就叫做无暗变的线性负荷,如电阻加热器、白炽灯泡、恒速电机和同步电机等;若负荷每半周产生的电流和施加的电压不呈比例性变化,波形呈非正弦畸变波形,这种负荷就属于非线性负荷,如变频启动电动机、蓄电池充电器、镇流器等。

近年来,高压直流输电技术和大容量静止无功补偿技术在电力系统的广泛应用;工业生产中大容量闸晶管、可控硅整流器,逆变器、变流器等电子设备的大量应用;大到炼钢用电弧炉、轧钢机、电力机车、化工电镀设备,小至变频启动电机(VFDs)、不停电电源、计算机及各种节能型家用电器(冰箱、微波炉)等,以上这些技术、设备的应用都使电力系统非线性负荷猛增。诚然,上述技术设备在提高系统传输能力、改善人民生活水平方面都起到积极作用,但同时也使系统中产生了大量的高次谐波,从而加剧了电网中电压、电流波形畸变水平,恶化了电网运行状况,导致电网谐波污染日益严重。其后果是电能质量降低,损耗增大,损坏设备,甚至引起系统故障。

电压畸变造成的危害

电网电压波形畸变对供用电会造成严重影响，对系统运行的影响例如：

系统中高次谐波通过电气传递、电磁感应等方式影响继电保护、测量仪表、通讯远动设备的正常工作。

大量谐波能使继电器、自动装置拒动或误动,如零序电流过大就可能造成接地保护误动;

谐波数量大时能使系统中反映工频正弦量·的多数监视、测量表计产生误差;

谐波会影响通讯系统通话的清晰度,严重时发生谐振,干扰整个通讯系统;

谐波能导致长距离输电线单相重合闸失败;

谐波能影响避雷器安全运行和损坏互感器;

谐波可使功率因数补偿效果变劣;(7)系统谐波严重时能使计算机系统失灵。

对用电设备的影响例如：

电力系统中存在谐波能导致多种不良效应,如高次谐波在系统中传递能引起钢、铁损增大,使设备产生过热、噪声;高次谐波的负序分量能使旋转设备产生反向转矩以致造成机械扭振损伤;串、并联谐振引起的过压、过流导致绝缘老化、介质损耗增加等等,因此可能对电气设备造成种种危害。

谐波可使电动机、变压器、电容器等过负荷,附加损