諧波源及類(lèi)型

如果正弦交流電壓加在設備上，產(chǎn)生的電流卻不是正弦交流電流，這樣的設備就稱(chēng)為非線(xiàn)性阻抗設備，簡(jiǎn)稱(chēng)非線(xiàn)性設備。不是正弦波形的交流電就含有諧波成分，所以非線(xiàn)性設備也稱(chēng)為諧波源。

工業(yè)電網(wǎng)中主要的諧波源有三種類(lèi)型：三相橋式整流回路在每一相的正負波形上都會(huì )產(chǎn)生波形變化，一個(gè)周期里就有六個(gè)非正弦的波形，所以稱(chēng)為六脈波設備。六脈波設備的諧波很有規律，會(huì )產(chǎn)生六的倍數加減1次數的諧波，即5、7、11、13、17、19……次諧波，而且隨著(zhù)諧波次數升高諧波幅值會(huì )逐漸降低，所以通常只需要處理5、7、11、13次諧波。

這類(lèi)設備包括有三相橋式整流器的所有設備、比如直流驅動(dòng)器、變頻器、軟啟動(dòng)器，UPS電源等等，是目前工業(yè)用電設備中常見(jiàn)的一類(lèi)諧波源。

類(lèi)似工業(yè)電弧爐這樣的設備工作時(shí)，電流波形變化很頻繁，會(huì )分解出次數和幅值不斷變化的諧波。

非線(xiàn)性的單相設備，比如帶有單相整流環(huán)節的電子儀器等等，因為三相不對稱(chēng)原因會(huì )在零線(xiàn)上形成3次零序諧波。

1 諧波對電力系統和各種電氣設備的危害

諧波容易使電網(wǎng)與補償電容器之間發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波電流放大幾倍甚至幾十倍，造成過(guò)電流，引起電容器、與電容器相連的電抗器和電阻器的損壞，甚至引起嚴重事故。

諧波會(huì )導致繼電保護和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作、熔絲非正常熔斷，同時(shí)也會(huì )導致電氣測量?jì)x表計量不準確。

諧波會(huì )造成變壓器、電動(dòng)機等機械振動(dòng)，噪聲、溫升顯著(zhù)增加，絕緣壽命縮短。

諧波會(huì )引起設備和線(xiàn)路額外發(fā)熱，增加損耗、加速絕緣老化、降低使用壽命。

諧波能延緩電弧熄滅，造成事故擴大。

諧波導致三相四線(xiàn)系統中的中線(xiàn)電流顯著(zhù)增加，引發(fā)系統故障甚至事故。

諧波通過(guò)電磁感應和傳導耦合等方式會(huì )對鄰近的通信系統產(chǎn)生干擾，輕者引進(jìn)噪聲，降低通信質(zhì)量;重者導致信息丟失，使通信系統無(wú)法正常工作。

諧波會(huì )引起生產(chǎn)設備運行不穩定，造成產(chǎn)品不合格率上升，降低企業(yè)效益。

諧波影響各種電氣設備的正常工作。據統計，由于諧波而破壞的電氣設備中，并聯(lián)電容器約占70%，其中串聯(lián)電抗器約占30%。

諧波電流使電力系統中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電、用電的使用效率。

2 諧波治理及無(wú)源濾波與有源濾波的區別

目前諧波治理的技術(shù)主要有無(wú)源濾波技術(shù)和有源濾波技術(shù)兩種。

無(wú)源濾波技術(shù)是目前應用為廣泛的諧波抑制手段，它是按照希望抑制的諧波次數專(zhuān)門(mén)量身制造的，采用電感、電容的調諧原理，將諧波陷落在濾波器中，以減少對電網(wǎng)的注入。無(wú)源濾波裝置結構簡(jiǎn)單，成本較低，技術(shù)已比較成熟，但是也存在著(zhù)難以克服的缺陷：

1、濾波特性受系統參數的影響較大，極易與系統或者其它濾波支路發(fā)生串并聯(lián)諧振;

2、只能消除特定的幾次諧波，而對其他的某次諧波則會(huì )產(chǎn)生放大作用;

3、濾波、無(wú)功補償、調壓等要求之間有時(shí)難以協(xié)調;

4、諧波電流增大時(shí)，濾波器負擔隨之加重，可能造成濾波器過(guò)載，甚至損壞設備。

5、有效材料消耗多，體積大。

有源濾波技術(shù)作為一種新型的諧波治理方法，是消除諧波污染、提高電能質(zhì)量的有效工具，與無(wú)源濾波技術(shù)相比，有著(zhù)*的優(yōu)勢，主要表現在以下幾個(gè)方面。

1、實(shí)現了動(dòng)態(tài)補償，可對頻率和大小均變化的無(wú)功功率進(jìn)行補償，對補償對象的變化有極快的響應速度;

2、有源濾波裝置是一個(gè)高阻抗電流源，它的接入對系統阻抗不會(huì )產(chǎn)生影響，因此此類(lèi)裝置適合系列化，規?；a(chǎn);

3、當電網(wǎng)結構發(fā)生變化時(shí)裝置受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不存在與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振的危險，同時(shí)能抑制串并聯(lián)諧振

4、補償無(wú)功功率時(shí)不需要儲能元件，補償諧波時(shí)所需要的儲能元件不大

5、用同一臺裝置可同時(shí)補償多次諧波電流和非整數倍次的諧波電流，既可以對一個(gè)諧波和無(wú)功源進(jìn)行單獨補償，也可對多個(gè)諧波和無(wú)功源進(jìn)行集中補償

6、當線(xiàn)路中的諧波電流突然增大時(shí)有源濾波器不會(huì )發(fā)生過(guò)載，并且能正常發(fā)揮作用，不需要與系統斷開(kāi)

7、裝置可以?xún)H輸出所需要補償的高次諧波電流，不輸出基波無(wú)功功率，不但減小了有源濾波器的總容量，還可以避免輕負荷時(shí)發(fā)生無(wú)功倒送現象。

3 電能質(zhì)量分析儀對諧波的檢測

電能質(zhì)量是指通過(guò)公用電網(wǎng)供給用戶(hù)端的交流電能的品質(zhì)，通俗來(lái)說(shuō)就是指電網(wǎng)線(xiàn)路中電能的好壞情況。

電能質(zhì)量問(wèn)題主要由終端負荷側引起。例如沖擊性無(wú)功負載會(huì )使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生劇烈波動(dòng)，降低供電質(zhì)量。

隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展，它既給現代工業(yè)帶來(lái)節能和能量變換積極的一面，同時(shí)電力電子裝置在各行各業(yè)的廣泛應用又對電能質(zhì)量帶來(lái)了新的更加嚴重的損害，已成為電網(wǎng)的主要諧波污染源。

電網(wǎng)系統中各個(gè)用戶(hù)端配電網(wǎng)中使用的整流器、變頻調速裝置、電弧爐、電氣化鐵路以及各種電力電子設備不斷增加。給用電網(wǎng)絡(luò )造成影響或者說(shuō)是用電污染。造成電壓不穩、過(guò)電壓、產(chǎn)生諧波等。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過(guò)熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，壽命縮短,甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波還會(huì )引起電力系統局部發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量被放大，致使電容器等設備燒毀。

這些負荷的非線(xiàn)性、沖擊性和不平衡的用電特性，對供電質(zhì)量造成嚴重污染。因而消除供配電系統中的高次諧波問(wèn)題對改善電能質(zhì)量和確保電力系統安全、穩定、經(jīng)濟運行有著(zhù)非常積極的意義。

另一方面，現代工業(yè)、商業(yè)及居民用戶(hù)的用電設備對電能質(zhì)量更加敏感，對供電質(zhì)量提出了更高的要求。目前，諧波、電磁干擾、功率因數降低已并列為電力系統的三大公害。

當電網(wǎng)的電能質(zhì)量被干擾或污染，達不到國家相關(guān)標準時(shí)，就得有針對性地對電網(wǎng)進(jìn)行電能質(zhì)量改善。要了解電網(wǎng)電能質(zhì)量的實(shí)際情況，就必須有相應的設備對其進(jìn)行測試分析，針對國內的實(shí)際情況，我公司適時(shí)開(kāi)發(fā)研制了適合國情的專(zhuān)業(yè)電能質(zhì)量分析儀器。