什么是電力系統(tǒng)諧波？



1、研究和發(fā)展諧波

“諧波”一詞起源于聲學(xué)。18世紀(jì)和19世紀(jì)，諧波數(shù)學(xué)分析奠定了良好的基礎(chǔ)。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍得到廣泛應(yīng)用。早在20世紀(jì)20年代和30年代，電力系統(tǒng)的諧波問題就引起了人們的關(guān)注。當(dāng)時(shí)，在德國，由于使用靜態(tài)汞變流器，電壓和電流波形都發(fā)生了變化。J1945年.C.關(guān)于變流器諧波發(fā)表的Read論文是早期關(guān)于諧波研究的經(jīng)典論文。

20世紀(jì)50年代和60年代，由于高壓DC輸電技術(shù)的發(fā)展，發(fā)表了大量關(guān)于變流器引起電力系統(tǒng)諧波問題的論文。自20世紀(jì)70年代以來，由于電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種電力電子設(shè)備在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通和家庭中的應(yīng)用越來越廣泛，諧波帶來的危害也越來越嚴(yán)重。全世界都充分關(guān)注諧波問題。國際上召開了許多關(guān)于諧波問題的學(xué)術(shù)會議，許多國家和國際學(xué)術(shù)組織制定了限制電力系統(tǒng)諧波和用電設(shè)備諧波的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。

諧波研究的意義在于諧波的危害非常嚴(yán)重。諧波降低了電能的生產(chǎn)、傳輸和利用效率，使電氣設(shè)備過熱，產(chǎn)生振動和噪音，降低了絕緣老化，縮短了使用壽命，甚至出現(xiàn)故障或燒毀。諧波可以導(dǎo)致電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，放大諧波含量，燒毀電容器等設(shè)備。諧波還會導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動設(shè)備誤操作，導(dǎo)致電能計(jì)量混亂。諧波會嚴(yán)重干擾通信設(shè)備和電子設(shè)備在電力系統(tǒng)外部。

2、諧波的危害

理想發(fā)電機(jī)提供的電壓應(yīng)為單一固定頻率和規(guī)定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)對發(fā)電機(jī)是一種污染。在使用電氣設(shè)備的環(huán)境惡化之前，人們對諧波及其危害進(jìn)行了一些研究，并對周圍的能力電子設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用。然而，當(dāng)時(shí)的諧波污染仍然需要嚴(yán)厲處理，沒有得到足夠的重視。諧波對發(fā)電機(jī)和其他系統(tǒng)的危害大致如下。

(1)諧波使發(fā)電機(jī)中的部件產(chǎn)生額外的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電和電氣設(shè)備的效率。當(dāng)大量三次諧波通過中性線時(shí)，線路會過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。

(2)諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。諧波對電機(jī)的影響不僅會造成額外的損耗，還會產(chǎn)生機(jī)械振動、噪音和過電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過熱。諧波使電容器、電纜等設(shè)備過熱，絕緣老化，使用壽命縮短，甚至損壞。

(3)諧波會在發(fā)電機(jī)中引起局部并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而放大諧波，大大增加上述(1)和(2)的危害，甚至造成嚴(yán)重事故。

諧波器會導(dǎo)致繼電器保護(hù)和自動裝置誤動，并且會使電氣測量儀表測量不準(zhǔn)確。

(5)諧波會干擾鄰近的通信系統(tǒng)，輕則會產(chǎn)生噪音，降低通信質(zhì)量；嚴(yán)重者會導(dǎo)致住所丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。

3、諧波抑制

為了解決發(fā)電機(jī)電子設(shè)備和其他諧波源之間的諧波污染問題，有兩個(gè)基本思路:一是安裝諧波補(bǔ)償設(shè)備補(bǔ)償諧波，適用于各種諧波源；另一種是改造電力電子設(shè)備本身，使時(shí)間不產(chǎn)生諧波，功率因數(shù)可控制為1，當(dāng)然只適用于電力電子設(shè)備作為主要諧波源。

傳統(tǒng)的安裝諧波補(bǔ)償裝置的方法是使用LC調(diào)諧濾波器。這種方法不僅可以補(bǔ)償諧波，還可以補(bǔ)償無功功率，結(jié)構(gòu)簡單，一直被廣泛使用。這種方法的主要缺點(diǎn)是補(bǔ)償特性受到電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)的影響，容易與系統(tǒng)并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大，導(dǎo)致LC濾波器過載甚至燒毀。另外只能補(bǔ)償固定頻率的諧波，補(bǔ)償效果不理想。