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电力系统谐波及其抑制技术研究

 发布时间:2018-10-11

谐波及其起源:


    所谓谐波是指一个周期电气量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍,通常也称之为高次谐波。


    谐波主要由谐波电流源产生:当正弦基波电压施加于非线性设备时,设备吸收的电流与施加的电压波形不同,电流因而发生了畸变,由于负荷与电网相连,故谐波电流注入到电网中,这些设备就成了电力系统的谐波源。系统中的主要谐波源可分为两类:含半导体的非线性元件,如各种整流设备、变流器、交直流换流设备、PWM变频器等节能和控制用的电力电子设备;含电弧和铁磁非线性设备的谐波源,如日光灯、交流电弧炉、变压器及铁磁谐振设备等。


    国际上对电力谐波问题的研究大约起源于五六十年代,当时的研究主要是针对高压直流输电技术中变流器引起的电力系统谐波问题。进入70年代后,随着电力电子技术的发展及其在工业、交通及家庭中的广泛应用,谐波问题日趋严重,从而引起世界各国的高度重视。各种国际学术组织如电气与电子工程师协会(IEEE)、国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)相继各自制定了包括供电系统、各项电力和用电设备以及家用电器在内的谐波标准。我国国家技术监督局于1993年颁布了国家标准GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》,标准给出了公用电网谐波电压、谐波电流的限制值。


 高次谐波的危害:


    谐波污染对电力系统的危害是严重的,主要表现在:


    (1)谐波影响各种电气设备的正常工作。对如发电机的旋转电机产生附加功率损耗、发热、机械振动和噪声;对断路器,当电流波形过零点时,由于谐波的存在可能造成高的di/dt,这将使开断困难,并且延长故障电流的切除时间。


    (2)谐波对供电线路产生了附加损耗。由于集肤效应和邻近效应,使线路电阻随频率增加而提高,造成电能的浪费;由于中性线正常时流过电流很小,故其导线较细,当大量的三次谐波流过中性线时,会使导线过热,损害绝缘,引起短路甚至火灾。


    (3)使电网中的电容器产生谐振。工频下,系统装设的各种用途的电容器比系统中的感抗要大得多,不会产生谐振,但谐波频率时,感抗值成倍增加而容抗值成倍减少,这就有可能出现谐振,谐振将放大谐波电流,导致电容器等设备被烧毁。


    (4)谐波将使继电保护和自动装置出现误动作,并使仪表和电能计量出现较大误差。


    谐波对其他系统及电力用户危害也很大:如对附近的通信系统产生干扰,轻者出现噪声,降低通信质量,重者丢失信息,使通信系统无法正常工作,影响电子设备工作精度,使精密机械加工的产品质量降低;设备寿命缩短,家用电器工况变坏等。


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