電力系統(tǒng)中諧波的來(lái)源
時(shí)間: 2019-04-24 21:57
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電力系統(tǒng)中的諧波來(lái)自電氣設(shè)備,也就是說(shuō)來(lái)自發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備。由于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場(chǎng)不可能是完善的正弦波,因此發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓波形不可能是一點(diǎn)不失真的正弦波。
電力系統(tǒng)中的諧波來(lái)自電氣設(shè)備,也就是說(shuō)來(lái)自發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備。由于發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場(chǎng)不可能是完善的正弦波,因此發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓波形不可能是一點(diǎn)不失真的正弦波。目前我國(guó)應(yīng)用的發(fā)電機(jī)有兩大類(lèi):隱極機(jī)和凸極機(jī)。隱極機(jī)多用于汽輪發(fā)電機(jī),凸極機(jī)多用于水輪發(fā)電機(jī)。
對(duì)于諧波分量而言,隱極機(jī)優(yōu)于凸極機(jī),但隨著科技進(jìn)步,可控硅、IGBT等電子勵(lì)磁裝置的投入,使發(fā)電機(jī)的諧波分量有所上升。當(dāng)發(fā)電機(jī)的端電壓高于額定電壓的10%以上時(shí),由于電機(jī)的磁飽和,會(huì)使電壓的三次諧波明顯增加。同樣在變壓器的電源側(cè)電壓超過(guò)額定電壓10%以上時(shí),也會(huì)使二次側(cè)電壓的三次諧波明顯增加。由于電網(wǎng)電壓偏移在±7%以下,所以發(fā)電、變電設(shè)備產(chǎn)生的諧波分量都比較小,比國(guó)家的考核標(biāo)準(zhǔn)低的多,因此發(fā)電、變電設(shè)備不是影響電網(wǎng)電壓波形方面質(zhì)量的主要矛盾。
為此,影響電網(wǎng)電壓波形質(zhì)量的主要矛盾是非線(xiàn)性用電設(shè)備,也就是說(shuō)非線(xiàn)性用電設(shè)備是主要的諧波源,非線(xiàn)性用電設(shè)備主要有以下四大類(lèi):
· 電弧加熱設(shè)備:如電弧爐、電焊機(jī)等。
· 交流整流的直流用電設(shè)備:如電力機(jī)車(chē)、電解、電鍍等。
· 交流整流再逆變用電設(shè)備:如變頻調(diào)速、變頻空調(diào)等。
· 開(kāi)關(guān)電源設(shè)備:如中頻爐、彩色電視機(jī)、電腦、電子整流器等。
這些用電設(shè)備都是非線(xiàn)性用電設(shè)備,但它們產(chǎn)生的諧波各不相同,具體舉例分析如下:
電弧加熱設(shè)備是由于電弧在70伏以上才會(huì)起弧,才會(huì)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(xiàn)性。
此外,弧電流的波形還有一定的非對(duì)稱(chēng)性。正是由于弧電流是非正弦波,造成電弧加熱設(shè)備對(duì)電網(wǎng)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(shí)電焊機(jī)在上世紀(jì)四、五十年代已廣泛應(yīng)用。由于當(dāng)時(shí)電弧加熱設(shè)備量少,電焊機(jī)應(yīng)用的同時(shí)率就更小了,對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響比較小,但在當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)在燒電焊時(shí),局部低壓電網(wǎng)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(shè)備的諧波產(chǎn)生的原因是由于整流設(shè)備有一個(gè)閥電壓,在小于閥電壓時(shí),電流為零。這類(lèi)用電設(shè)備為了提供平穩(wěn)的直流電源,在整流設(shè)備中加入了儲(chǔ)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(chǎn)生量。為了控制直流用電設(shè)備的電壓和電流,在整流設(shè)備中應(yīng)用了可控硅,這使得該類(lèi)設(shè)備的諧波污染更嚴(yán)重,而且諧波的次數(shù)比較低。
交流整流再逆變用電設(shè)備,在交流變直流過(guò)程中產(chǎn)生的諧波與上述的交流整流直流用電設(shè)備一樣,它在直流逆變成交流時(shí)又有逆變波形反射到交流電流,這類(lèi)設(shè)備產(chǎn)生的諧波分量不僅有低次諧波,也有高次諧波。
雖然這類(lèi)設(shè)備單臺(tái)容量比上述兩類(lèi)設(shè)備容量要小,但它的分布面廣,數(shù)量多,是目前推廣使用的技術(shù)手段,因此它的諧波污染應(yīng)引起足夠關(guān)注。
開(kāi)關(guān)電源設(shè)備目前應(yīng)用很廣,它的工作原理是先把交流整流成直流,通過(guò)開(kāi)關(guān)管控制變壓器初級(jí)電流的開(kāi)通和關(guān)閉,從而在變壓器二次側(cè)感應(yīng)出電流,供給用電設(shè)備。此外,開(kāi)關(guān)電源的頻率比較高一般在40kHz左右,不僅在整流時(shí)產(chǎn)生諧波,而且在開(kāi)關(guān)管開(kāi)閉時(shí),反射40kHz左右的波至電源。這類(lèi)用電設(shè)備同樣是單臺(tái)容量不大,但它是應(yīng)用面最廣、量最大的非線(xiàn)性用電設(shè)備,它還有一定量的三次諧波,造成配變的中心線(xiàn)電流居高不下,而且三次諧波還會(huì)通過(guò)配變污染到10kV電網(wǎng)。