谐波治理电力系统中谐波的来源
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发布时间：2024-10-24 00:25
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时间：2024-11-01 21:33
电力系统中的谐波主要来源于电气设备，包括发电设备和用电设备。发电机由于其磁场不可能完全形成正弦波，因此发出的电压波形也难以保持纯正的正弦波形状。我国目前主要使用的发电机分为隐极机和凸极机两大类，其中隐极机多用于汽轮发电机，而凸极机则多用于水轮发电机。就谐波分量而言，隐极机优于凸极机，但随着技术的进步，可控硅、IGBT等电子励磁装置的引入使得发电机的谐波分量有所增加。当发电机端电压高于额定电压10%以上时，由于电机磁饱和现象，电压的三次谐波会显著增加。类似地，当变压器电源侧电压超过额定电压10%以上时，二次侧电压的三次谐波也会明显增加。然而，考虑到电网电压偏移通常在±7%以内，发电、变电设备产生的谐波分量相对较小，远低于国家的考核标准。因此，在影响电网电压波形质量的主要矛盾中，非线性用电设备成为了关键因素，而非发电设备本身。
非线性用电设备主要可以分为以下四类：电弧加热设备、交流整流的直流用电设备、交流整流再逆变用电设备以及开关电源设备。这些设备各自产生不同类型的谐波，具体分析如下：
电弧加热设备如电弧炉、电焊机等，由于电弧在70伏以上才会起弧，形成非正弦波的弧电流，并且弧电流与弧电压存在非线性关系，同时具有一定的非对称性。因此，这类设备对电网的谐波污染较大，主要为18次以下的低次谐波污染。
交流整流的直流用电设备如电力机车、电解、电镀等，在整流过程中产生的阀电压影响了电流的产生，加上储能元件（滤波电容和滤波电感）的使用，使得整流设备的谐波产生量增加。可控硅的应用进一步加剧了这类设备的谐波污染，且谐波次数较低。
交流整流再逆变用电设备如变频调速、变频空调等，在交流变直流和直流逆变成交流的过程中都可能产生谐波。这类设备不仅产生低次谐波，还有可能产生高次谐波。虽然单台容量相比其他两类设备较小，但其分布广泛、数量众多，是当前广泛应用的技术手段，因此其谐波污染需要得到足够的重视。
开关电源设备广泛应用，其工作原理涉及交流整流成直流、开关管控制变压器初级电流的开通和关闭以感应电流供给用电设备。开关电源频率较高（通常在40kHz左右），在整流和开关管开闭过程中产生谐波，不仅在整流时产生谐波，开关管的开闭还会反射40kHz左右的波至电源。这类设备单台容量不大，但应用面最广、量最大，不仅产生一定量的三次谐波，还可能导致配变的中心线电流居高不下，三次谐波通过配变进一步污染到10kV电网。
