电力系统谐波及其抑制技术研究

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1、电力系统谐波及其抑制技术研究摘要：随着非线性电力设备的广泛应用，电力系统中谐波问题越来越严重，谐波一方面造成一些电力设备损坏，加速绝缘老化，另一方面也影响计算机系统、电视等电子设备正常工作，直接扰乱了人们正常生活，谐波问题已引起人们高度重视。文章首先对谐波进行分析以及其产生危害，然后对其抑制技术进行了讨论。关键词：电力系统谐波危害抑制伴随电力电子技术的快速发展，大量非线性负荷（如电弧炉、电气化铁道、整流负荷、变频调速装置等）应用越来越广泛。随着大量非线性负荷接入电力系统，在系统电压作用下，将产生大量的谐波成分，使供电电流产生

2、畸变。当谐波电流注入到电力系统，将在系统阻抗上产生谐波电压，引起电网电压畸变，最终造成电力系统谐波污染。电力系统谐波污染不仅影响电能质量，还可能威胁整个电力系统的安全稳定运行。因此，分析、研究电力系统的谐波问题，进而采取相应的抑制措施，是一项非常紧要的工作。一、谐波概述及其研究背景意义电力系统中，理论上电压和电流波形是工频下的正弦波，但实际的波形总有不同的非正弦畸变。谐波的概念来自研究正弦波形畸变的数学方法，国际上对谐波公认的定义是：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，也可以说谐波为周期分量的傅里叶级数中大于1的h次分量，其

3、频率为基波频率的整数倍”。按照定义，谐波次数一定是正整数，不能出现非整数次谐波的情况。以我国为例，我国电力系统额定频率是50Hz，那么，2次谐波就为100Hz，3次谐波就为150Hz，以此类推。20世纪80年代以来，电力电子学已逐渐成为一门新兴交叉边缘科学，与此相对应的现代电力电子技术也得到迅速发展。但由于电力电子装置是一种非线性时变拓扑负荷，由其造成的谐波污染对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在的威胁，给周围电气环境带来极大影响，被公认为电网的一大公害。因此，电力系统谐波及其治理的研究已经严峻地摆在了电力科技工作者面前。

4、在传统电力系统中正弦波形被畸变的现象早已存在，由于其功率相对不大，因而危害并不明显。可是现代电力系统对电能形态提出了新的要求，具体表现为借助电力电子装置引入功率变换技术，对功率电子的流动进行通断控制，以满足用户对频率、电压、电流、波形及相数的要求。还需注意到，随着超大容量的电力电子装置的使用，现代电力系统正试图将其快速、实时可控性应用于电网的电能输送及运行，正在出现着像动态无功补偿（ASVG，STATCOM）、有源电力滤波（APE）、可控移想装置（TCPA）和统一潮流控制（UPFC）等独具电力领域特色的应用。二、谐波的产生谐

5、波的产生来自于3个方面:发电源质量不高;输配电系统;用电设备1　电源本身谐波由于发电机制造工艺的问题，致使电枢表面的磁感应强度分布稍稍偏离正弦波，因此，产生的感应电动势也会稍稍偏离正弦电动势，即所产生的电流稍偏离正弦电流。当然，几个这样的电源并网时，总电源的电流也将偏离正弦波。2　由非线性负载所致2.1非线性负载　　谐波产生的另一个原因是由于非线性负载。当电流流经线性负载时，负载上电流与施加电压呈线性关系；而电流流经非线性负载时，则负载上电流为非正弦电波，即产生了谐波。2.2主要非线性负载装置2.2.1开关电源的高次谐波开关

6、电源由五部分组成：一次整流、开关振荡回路、二次整流、负载和控制，这几个部分产生的噪声不完全一样。这几种干扰可以通过电源线等产生辐射干扰，也可以通过电源产生传导干扰。2.2.2变压器空载合闸涌流产生谐波　　铁心中磁通变化时，会产生８～１５倍额定电流的涌流，由于线圈电阻的存在，变压器空载合闸涌流一般经过几个周波即可达到稳定。所产生的励磁涌流所含的谐波成份以３次谐波为主。2.2.3单相电容器组开断时的瞬态过电压干扰电力电子调速系统普遍应用于工业中改进电机效率及灵活性设备，调速装置内电力电子器件对过电压特别敏感，因此线路中瞬态过电压

7、会造成调速系统的过电压保护误跳闸。由于与中压母线相连的电容器要经常操作，这意味着调速系统误跳闸事故会经常发生。2.2.4电压互感器铁磁谐振过电压在我国１０ｋＶ、３５ｋＶ等级的中性点不接地配电网中，为了监视对地绝缘，一般采用三相五柱式电压互感器。在正常情况下，三相对地电压是平衡的，但是由于发生单相接地故障等原因，会导致三相对地电压平衡的破坏，还有可能使电压互感器线圈电感Ｌ和系统对地电容Ｃ在参数上配合，而产生谐振过电压。2.2.5整流器和逆变器产生的谐波电压、电流整流器的作用将交流电转成直流电，而逆变器是将直流电转变成交流电。其

8、电路中的二极管视为理想二极管，即正向阻抗接近零，反向阻抗无穷大。因此，只允许电流单方向流动，从整流器的输出端看，每相电流波形为矩形波，不是正弦波，利用傅氏级数展开式展开周期的矩形波形，可以看到除了工频正弦波（５０Ｈｚ基波）外，还叠加了一系列高次波形——谐波。应该说电动机采用变频器进行调速，