电力网谐波分析与其污染治理.doc

电力网谐波分析及其污染治理 【摘　要】随着科学技术的发展，各种新型用电设备特别是变频设备已普遍应用于生产生活领域，但是与此类设备共生的高次谐波的影响和污染也越来越重，其轻则影响系统的运行效率，重则危害电力系统的安全运行。因此，研究和分析谐波产生的原因、危害和抑制谐波的措施具有重要的实际意义。 【关键词】谐波；危害；污染源；措施 【abstract】with the development of science and technology, all kinds of new electrical equipment especially the frequency conversion equipment has been widely used in production and living areas, but with such equipment symbiotic harmonic influence and pollution is more and more heavy, its light affect the operation efficiency of the system, serious harm the safe operation of power system, therefore the research and the analysis of harmonic generation the reason, harm and suppression of harmonics measure has important practical significance. 【key words】harmonic；harm；sources of pollution；measure ０　引言 随着电力电子技术向高频化发展，我们已经进入变频时代。然而在发、输、配、供、用电的整个过程中及所有含整流变频器的用电设备，均向电网注入大量的高次谐波电流，引起谐波损耗和干扰，降低总功率因数和电能质量，这已成为日趋严重的“电力公害”和电网主要的污染源。 1　什么是谐波 通过对周期性电压或电流的傅立叶分解，所得到的频率为基波整数倍分量的含有量，称为谐波。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率、幅度与相角。谐波可以区分为偶次与奇次性。如图1所示。 图1　谐波示意图 2　谐波的产生 在供配电系统中的高次谐波主要产生于非线性负荷用电设备，如变流装置及电弧炉等；在低压电网的谐波污染，主要来源是功率电子设备，如焊接器、计算机等。以下列举一些典型负载引起的谐波畸变。配备平滑电容器的单相整流器电路布置如图２（a）所示，可在单相负载中应用。从电源取用的电流值会在一周期的某段时间突然上升或下降，电压与电流波形见图２（b）。 （ａ）单相整流器带平滑电容器电路图 （ｂ）交流电源电流电压波形图 图2 这种电流波形包含了很多奇次谐波，奇次谐波的幅值可能会高于基波电流分量。该电路布局的广泛应用，将导致过多的谐波电流流入供电系统。六脉波桥以三相功率为主的设备通常采用六脉波桥，例如驱动装置和ups，六脉波桥的直流侧，可连接平滑电抗器、平滑电容器或以上两者。所用的开关可以是可控的（可控硅等）或不可控的（二极管），视所用设备确定。连接平滑电抗器的二极管桥的电路布局如图３（a），电流波形如图３（b）。 （a）六脉波桥带平滑电抗器 （b）交流电源电流波形图 图3 事实上，对于六脉波变流器而言，在理想条件下即： （a）电源为理想的正弦波、并三相对称； （b）直流侧电抗足够大，直流电流无纹波； （c）交流侧电抗为零。 （a）六脉波变流器电路图 （b）六脉波变流器电路图 图4 对于如图4（a）而言，交流电流波形可分解为一系列谐波电流分量 i■=■i■(sinwt-■-■+■+■-…) 对于如图4（b）而言，交流电流波形可分解为一系列谐波电流分量 i■=■i■(sinwt+■+■+■+■+…) 由上式可见，注入系统的谐波是kp±1次。 通常，一个连接着很大的平滑电抗器的六脉波桥，所产生的谐波电流值大约为 其中：in——n次谐波电流幅值；i1——基波电流幅值；n——谐波次数 3　谐波的危害 谐波可以造成电压畸变、中线导线过热、增大变压器和电动机的损耗等危害和不利影响，总的说来对于电力系统来说，电力谐波的危害主要表现有以下几方面： ３．１　增加输、供和用电设备的额外附加损耗，使设备的温度过热，降低设备的利用率和经济效益。 ３．２　影响继电保护和自动装置的工作可靠性 特别对于电磁式继电器来说，电力谐