谐波在供配电系统中产生的原因及抑制
一、概述
在理想的情况下,优质的电力供应应该提供具有正弦波形的电压。但在实际中供电电压的波形会由于某些原因而偏离正弦波形,即产生谐波。我们所说的供电系 统中的谐波是指一些频率为基波频率(在我国取工业用电频率50Hz为基波频率)整数倍的正弦波分量,又称为高次谐波。在供电系统中,产生谐波的根本原因是 由于给具有非线性阻抗特性的电气设备(又称为非线性负荷)供电的结果。这些非线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波,导致供电系统的电压、电流波形畸变,使 电力质量变坏。因此,谐波是电力质量的重要指标之一。
谐波的危害表现为引起电气没备(电机、变压器和电容器等)附加损耗和发热:使同步发电机的额定输出功率降低,转矩降低,变压器温度升高,效率降低,绝缘加速老化,缩短使用寿命,甚至能降低继电保护、控制、以及检测装置的工作精度和可靠性等。谐波注入电网后会使无功功率加大,功率因数降低,甚至有可能引发并联或串联谐振,损坏电气设备以及干扰通信线路的正常工作。
供电系统中的谐波问题已引起各界的广泛关注,为保证供电系统中所有的电气,电子设备能在电磁兼容意义的基础上进行正常、和谐的工作,必须采取有力的措施,抑制并防止电网中因谐波危害所造成的严重后果。
二、谐波产生的原因
在电力的生产、传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。
在发电环节,当对发电机的结构和接线采取一些措施后,可以认为发电机供给的是具有基波频率的正弦波形的电压。
在其他几个环节中,谐波的产生主要是来自下列具有非线性特性的电气设备:(1)具有铁磁饱和特性的铁芯没备,如:变压器、电抗器等;(2)以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备,如:气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等;(3)以电力电子元件为基础的开关电源设备,如:各种电力变流设备(整流器、逆变器、变频器)、相控调速和调压装置,大容量的电力晶闸管可控开关设备等,它们大量的用于化工、电气铁道,冶金,矿山等工矿企业以及各式各样的家用电器中。以上这些非线性电气设备(或称之为非线性负荷)的显著的特点是它们从电网取用非正弦电流,也就是说,即使电源给这些负荷供给的是正弦波形的电压, 但由于它们只有其电流不随着电压同步变化的非线性的电压-电流特性,使得流过电网的电流是非正弦波形的,这种电流波形是由基波和与基波频率成整数倍的谐波组成,即产生了谐波,使电网电压严重失真,此外电网还必须向这类负荷产生的谐波提供额外的电能。
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