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電力系統(tǒng)諧波及其抑制技術研究
諧波及其起源:
所謂諧波是指一個周期電氣量的正弦波分量,其頻率為基波頻率的整數倍,通常也稱之為高次諧波。
諧波主要由諧波電流源產生:當正弦基波電壓施加于非線性設備時,設備吸收的電流與施加的電壓波形不同,電流因而發(fā)生了畸變,由于負荷與電網相連,故諧波電流注入到電網中,這些設備就成了電力系統(tǒng)的諧波源。系統(tǒng)中的主要諧波源可分為兩類:含半導體的非線性元件,如各種整流設備、變流器、交直流換流設備、PWM變頻器等節(jié)能和控制用的電力電子設備;含電弧和鐵磁非線性設備的諧波源,如日光燈、交流電弧爐、變壓器及鐵磁諧振設備等。
國際上對電力諧波問題的研究大約起源于五六十年代,當時的研究主要是針對高壓直流輸電技術中變流器引起的電力系統(tǒng)諧波問題。進入70年代后,隨著電力電子技術的發(fā)展及其在工業(yè)、交通及家庭中的廣泛應用,諧波問題日趨嚴重,從而引起世界各國的高度重視。各種國際學術組織如電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE)、國際電工委員會(IEC)和國際大電網會議(CIGRE)相繼各自制定了包括供電系統(tǒng)、各項電力和用電設備以及家用電器在內的諧波標準。我國國家技術監(jiān)督局于1993年頒布了國家標準GB/T14549-93《電能質量公用電網諧波》,標準給出了公用電網諧波電壓、諧波電流的限制值。
高次諧波的危害:
諧波污染對電力系統(tǒng)的危害是嚴重的,主要表現在:
(1)諧波影響各種電氣設備的正常工作。對如發(fā)電機的旋轉電機產生附加功率損耗、發(fā)熱、機械振動和噪聲;對斷路器,當電流波形過零點時,由于諧波的存在可能造成高的di/dt,這將使開斷困難,并且延長故障電流的切除時間。
(2)諧波對供電線路產生了附加損耗。由于集膚效應和鄰近效應,使線路電阻隨頻率增加而提高,造成電能的浪費;由于中性線正常時流過電流很小,故其導線較細,當大量的三次諧波流過中性線時,會使導線過熱,損害絕緣,引起短路甚至火災。
(3)使電網中的電容器產生諧振。工頻下,系統(tǒng)裝設的各種用途的電容器比系統(tǒng)中的感抗要大得多,不會產生諧振,但諧波頻率時,感抗值成倍增加而容抗值成倍減少,這就有可能出現諧振,諧振將放大諧波電流,導致電容器等設備被燒毀。
(4)諧波將使繼電保護和自動裝置出現誤動作,并使儀表和電能計量出現較大誤差。
諧波對其他系統(tǒng)及電力用戶危害也很大:如對附近的通信系統(tǒng)產生干擾,輕者出現噪聲,降低通信質量,重者丟失信息,使通信系統(tǒng)無法正常工作,影響電子設備工作精度,使精密機械加工的產品質量降低;設備壽命縮短,家用電器工況變壞等。
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