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行業新聞
電力系統中諧波的來源
時間: 2019-04-24 21:57 瀏覽次數:
電力系統中的諧波來自電氣設備,也就是說來自發電設備和用電設備。由于發電機的轉子產生的磁場不可能是完善的正弦波,因此發電機發出的電壓波形不可能是一點不失真的正弦波。
    電力系統中的諧波來自電氣設備,也就是說來自發電設備和用電設備。由于發電機的轉子產生的磁場不可能是完善的正弦波,因此發電機發出的電壓波形不可能是一點不失真的正弦波。目前我國應用的發電機有兩大類:隱極機和凸極機。隱極機多用于汽輪發電機,凸極機多用于水輪發電機。  
 對于諧波分量而言,隱極機優于凸極機,但隨著科技進步,可控硅、IGBT等電子勵磁裝置的投入,使發電機的諧波分量有所上升。當發電機的端電壓高于額定電壓的10%以上時,由于電機的磁飽和,會使電壓的三次諧波明顯增加。同樣在變壓器的電源側電壓超過額定電壓10%以上時,也會使二次側電壓的三次諧波明顯增加。由于電網電壓偏移在±7%以下,所以發電、變電設備產生的諧波分量都比較小,比國家的考核標準低的多,因此發電、變電設備不是影響電網電壓波形方面質量的主要矛盾。 
  為此,影響電網電壓波形質量的主要矛盾是非線性用電設備,也就是說非線性用電設備是主要的諧波源,非線性用電設備主要有以下四大類: 
  · 電弧加熱設備:如電弧爐、電焊機等。 
  · 交流整流的直流用電設備:如電力機車、電解、電鍍等。 
  · 交流整流再逆變用電設備:如變頻調速、變頻空調等。 
  · 開關電源設備:如中頻爐、彩色電視機、電腦、電子整流器等。 
  這些用電設備都是非線性用電設備,但它們產生的諧波各不相同,具體舉例分析如下: 
  電弧加熱設備是由于電弧在70伏以上才會起弧,才會有弧電流,并且滅弧電壓略低于起弧電壓,造成弧電流與弧電壓的非線性。 
  此外,弧電流的波形還有一定的非對稱性。正是由于弧電流是非正弦波,造成電弧加熱設備對電網的諧波污染比較大,而且多為18次以下的低次諧波污染。其實電焊機在上世紀四、五十年代已廣泛應用。由于當時電弧加熱設備量少,電焊機應用的同時率就更小了,對整個電網的影響比較小,但在當時已發現在燒電焊時,局部低壓電網的電壓和電流變化很大,有較大的諧波影響。 
  交流整流直流用電設備的諧波產生的原因是由于整流設備有一個閥電壓,在小于閥電壓時,電流為零。這類用電設備為了提供平穩的直流電源,在整流設備中加入了儲能元件(濾波電容和濾波電感),從而使閥電壓提高,加激了諧波的產生量。為了控制直流用電設備的電壓和電流,在整流設備中應用了可控硅,這使得該類設備的諧波污染更嚴重,而且諧波的次數比較低。 
  交流整流再逆變用電設備,在交流變直流過程中產生的諧波與上述的交流整流直流用電設備一樣,它在直流逆變成交流時又有逆變波形反射到交流電流,這類設備產生的諧波分量不僅有低次諧波,也有高次諧波。 
  雖然這類設備單臺容量比上述兩類設備容量要小,但它的分布面廣,數量多,是目前推廣使用的技術手段,因此它的諧波污染應引起足夠關注。 
  開關電源設備目前應用很廣,它的工作原理是先把交流整流成直流,通過開關管控制變壓器初級電流的開通和關閉,從而在變壓器二次側感應出電流,供給用電設備。此外,開關電源的頻率比較高一般在40kHz左右,不僅在整流時產生諧波,而且在開關管開閉時,反射40kHz左右的波至電源。這類用電設備同樣是單臺容量不大,但它是應用面最廣、量最大的非線性用電設備,它還有一定量的三次諧波,造成配變的中心線電流居高不下,而且三次諧波還會通過配變污染到10kV電網。 

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