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1、一．电力系统中的谐波源问题1．谐波源的提出电力系统中,在额定的频率和稳定的电压外,波形畸变和三相电压或电流不平衡是影响电能质量的重要因素。随着电力电子技术的不断发展,电力系统中的非线性负荷日益增多，如各种换流设备、电弧炉、电视机、节能灯、电力机车等。这些负荷产生的谐波电流注入公用电网,使电网波形产生畸变,威胁着电网中的各种电气设备的安全经济运行。电力电子装置和非线性负载的广泛应用使电力系统产生了大量的谐波。电力谐波已经成为电力系统的一大公害,是近年来国内外专家和学者普遍关注的问题。谐波产生的原因和特点【1】：（1）大
2、型发电机谐波源。作为一种产生电能的复杂电磁装置，大型发电机的结构和材料特性都十分复杂，如果齿槽设计不当、阻尼绕组结构不当以及磁材料特性较差，就有可能产生谐波电流或谐波电压，特别是其齿谐波电压分量，对电能质量和通信质量的影响尤其恶劣。（2）电力变压器谐波源。由于大型变压器铁心为磁性材料硅钢片叠成，其磁化曲线具有非线性特点，而大型电力变压器铁芯柱往往运行在饱和状态，其磁密超过磁化曲线的弯曲点，进入非线性区域，导致磁密和励磁电流的变化体现出非线性关系，即使励磁电流是正弦波，相应的磁通量变化并非正弦波，谐波电流随之产生。（3
3、）静止补偿电容（SVC）参数配置不当。静止补偿电容（SVC）在电力系统中具有改变功率因数，改善电网运行状态的功效。但与此同时，如果选用参数匹配不当，也会造成系统中某次谐波电流大幅度增加，导致电能质量恶化。（4）电弧炼钢炉。由于电弧炼钢炉电流不规则，且急剧变化，导致其波形处于严重畸变状态，进而引起电网电压波形的严重畸变，产生大量谐波危害，其中2~7谐波的危害最为明显。21（5）电气化铁路。作为单相大负荷，电力机车常常在一定区段内造成三相严重失衡。此外，电力机车在区间运行时负荷变动大且急，例如上坡下坡负荷相差较大，行驶时
4、的速度变化也可能导致负荷急剧变化。上述运行状态都将产生大量谐波分量。（6）高层建筑。高层建筑可能存在符合集中，彩电较多的问题，也有可能导致谐波问题，应引起重视。电力系统中的发电、输电、配电、用电等几个环节都可能产生谐波,其中产生谐波最多的是在用电环节上，如晶闸管式整流设备、变频装置、充气电光源以及家用电器都能产生一定量的谐波。晶闸管整流技术在电力机车、充电装置、开关电源等很多方面已被普遍采用，它采用移相原理,从电网吸收的是半周正弦波,留给电网剩下的是半周正弦波,这种半周正弦波分解后能产生大量的谐波。变频原理常用于水泵
5、、风机等设备中。变频一般分为交-直-交变频器和交-交变频器，前者将380V50Hz工频电源经三相桥式可控硅整流变成直流电压信号,滤波后由大功率晶体开关元件逆变成可变频率的交流信号；后者将固定频率的交流电直接转换成相数一致但频率可调的交流电。两者均采用相位控制技术,所以在变换后会产生含复杂成分的谐波，所以也会对电网造成严重的谐波污染.电力系统的谐波源大致可以分为3种:第1类是含有变压器等铁磁非线性的谐波源。这种谐波源在电力电子装置大量应用之前,现在这类谐波源在电力系统谐波源中所占比例并不大；第2类是电弧焊机、电弧炉这种
6、强非线性、冲击性负载的负载,电弧炉电流中不仅含有奇次谐波,还含有偶次谐波,频率也在0.1～30Hz之间大范围变化；第3类就是各种交直流的电力电子变换器,电力电子变换装置是目前主要的谐波源。对于电力电子装置谐波源,人们一般将谐波源分为电压型谐波源和电流型谐波源。大功率变流装置一般为电流型谐波源；直流侧电容滤波的整流器属于电压型谐波源，以电压源的形式向电网中注入谐波，由于它在电力电子装置中的应用日益广泛(如变频器、开关电源、UPS和电子镇流器等)，使得电压型谐波源已成为电网中另一种主要的谐波源。2.电铁牵引负载谐波源分析
7、【2】电铁牵引负载是电力系统的主要谐波源之一。目前客运、货运大量采用的交一直型电力机车，其从网侧汲取基波电能的同时以谐波源的形式向电网注入大量谐波(以低次谐波为主)，进而影响电网的电能质量。21牵引负载是典型的大功率谐波源，与一般的电力系统负荷相比具有不对称性和波动性的特点。大部分交一直型电力机车采用晶闸管相控整流电路并在其直流侧加装平波电抗器。由于平波电抗器和牵引电机励磁绕组的存在，流过牵引电机的电流为带波纹的近似直流。对于直流侧电流脉动较轻的情况，可忽略其直流脉动，并计及整流电路的换相过程，所以牵引负载直流侧的电
8、流大小及交流侧电流的波形主要由其本身的特性所决定，基本与交流侧电网参数无关，可将其视为谐波电流源。电力机车谐波产生的机理简单的说就是正弦电压加于非线性负载之上。其主电路中包括整流管、晶闸管、机车主变这些非线性元件，在机车运行时是谐波产生的根源。主电路在结构上分为整流调压电路、牵引电路、制动电路。电力机车之所以要调压，正是由于机车运行于不同牵引工
