浅析电力系统谐波及其研究现状.docx
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1、 浅析电力系统谐波及其研究现状 高瑜+郭天飞+郭天超+路静+韩一帆摘 要:近些年来,随着人们对电力需求量的不断增长以及电力系统的迅速发展,人们越来越关注所用电能的质量。由于电力电子技术具有能使设备响应速度快、控制性能好、效率高、体积小、重量轻等特点,其在各种设备上得以广泛应用。然而,变压器、电力电子装置等非线性负荷,作为谐波源,其广泛的使用给电力系统及电气设备的正常运行造成了严重的危害,电力系统也因此面临着严重的谐波污染。因此,谐波的分析及抑制已成为国内外电气领域广泛关注的课题。关键词:谐波;起因;危害;研究现状1谐波的起因目前,国际上公认的谐波含意是:“谐波是一个周期电气量的正弦波的分量,或
2、者说谐波分量为周期量的傅里叶级数中大于1的h次分量其频率为基波频率的整数倍”1。在电力系统中,谐波主要是由变压器、旋转电机和各种电力电子设备等非线性负载产生的。在一般情况下,电气设备的非线性电特性使其组成了谐波源。通常,可将谐波源分为两类,一类是以电力电子装置为代表的现代非线性设备;另一类为传统非线性设备包括变压器、旋转电机等。(1)现代的非线性设备,主要包括各种电力电子变流装置。这类设备广泛使用于家用电器和大量工矿企业中,它们在开关投切或换向时产生的阶跃电流中含有大量谐波成分。比如荧光灯,它的电流之所以是畸变的,主要是由于在点亮状态下有感性的非线性镇流器限制了电流的变化2。(2)传统的非线性
3、设备,主要包括旋转电机、变压器等。这类设备产生的电流中之所以含有谐波成份是因为它们的铁芯在产生磁饱和时具有非线性特性。例如,旋转电机,旋转电机的线圈通电,通过电磁感应原理,产生磁动势。由于线圈是嵌入线槽内的,而线槽不会完全按照正弦分布,所以其产生的磁动势的波形不会完全是正弦波,含有大量谐波。这两种谐波源都会向电网注入大量的谐波电流,而谐波电压的产生则是电流流经电网阻抗的结果。电力电子装置等大量现代非线性装置的广泛应用,致使其所产生的电力系统谐波比重超过了传统非线性设备,因而已成为主要的谐波源。2谐波产生的危害电力系统中的电流谐波会影响电网和各种电气设备的正常运行和使用,严重时会导致设备损坏,甚
4、至会导致电力系统发生电事故。目前,电力系统的谐波危害主要有以下几个方面3:(1)谐波作用于电网元件时产生的附加损耗,不仅降低了电能的利用率,而且易引发事故。比如电力系统中性线在大量三次谐波流过时不仅会产生附加输电损耗,还会使线路发热,甚至会导致火灾。(2)受谐波影响的电气设备无法正常工作。比如电动机工作时不仅会伴随有较大的机械振动和噪声,还会引起变压器绕组损耗增加及外壳和固件的发热。(3)谐波可能会引起电力系统中的并谐或串谐。为了提高负载的功率因数,需要给负载补偿无功功率,电网中大量使用补偿无功功率的电容器,电网中的分布电容和电网中的感性部分组合,易发生串谐或并谐。电网产生谐振的后果是会放大谐
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