諧波源及類型

如果正弦交流電壓加在設(shè)備上，產(chǎn)生的電流卻不是正弦交流電流，這樣的設(shè)備就稱為非線性阻抗設(shè)備，簡稱非線性設(shè)備。不是正弦波形的交流電就含有諧波成分，所以非線性設(shè)備也稱為諧波源。

工業(yè)電網(wǎng)中主要的諧波源有三種類型：三相橋式整流回路在每一相的正負(fù)波形上都會產(chǎn)生波形變化，一個(gè)周期里就有六個(gè)非正弦的波形，所以稱為六脈波設(shè)備。六脈波設(shè)備的諧波很有規(guī)律，會產(chǎn)生六的倍數(shù)加減1次數(shù)的諧波，即5、7、11、13、17、19……次諧波，而且隨著諧波次數(shù)升高諧波幅值會逐漸降低，所以通常只需要處理5、7、11、13次諧波。

這類設(shè)備包括有三相橋式整流器的所有設(shè)備、比如直流驅(qū)動器、變頻器、軟啟動器，UPS電源等等，是目前工業(yè)用電設(shè)備中常見的一類諧波源。

類似工業(yè)電弧爐這樣的設(shè)備工作時(shí)，電流波形變化很頻繁，會分解出次數(shù)和幅值不斷變化的諧波。

非線性的單相設(shè)備，比如帶有單相整流環(huán)節(jié)的電子儀器等等，因?yàn)槿嗖粚ΨQ原因會在零線上形成3次零序諧波。

1 諧波對電力系統(tǒng)和各種電氣設(shè)備的危害

諧波容易使電網(wǎng)與補(bǔ)償電容器之間發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波電流放大幾倍甚至幾十倍，造成過電流，引起電容器、與電容器相連的電抗器和電阻器的損壞，甚至引起嚴(yán)重事故。

諧波會導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作、熔絲非正常熔斷，同時(shí)也會導(dǎo)致電氣測量儀表計(jì)量不準(zhǔn)確。

諧波會造成變壓器、電動機(jī)等機(jī)械振動，噪聲、溫升顯著增加，絕緣壽命縮短。

諧波會引起設(shè)備和線路額外發(fā)熱，增加損耗、加速絕緣老化、降低使用壽命。

諧波能延緩電弧熄滅，造成事故擴(kuò)大。

諧波導(dǎo)致三相四線系統(tǒng)中的中線電流顯著增加，引發(fā)系統(tǒng)故障甚至事故。

諧波通過電磁感應(yīng)和傳導(dǎo)耦合等方式會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者引進(jìn)噪聲，降低通信質(zhì)量;重者導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。

諧波會引起生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，造成產(chǎn)品不合格率上升，降低企業(yè)效益。

諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于諧波而破壞的電氣設(shè)備中，并聯(lián)電容器約占70%，其中串聯(lián)電抗器約占30%。

諧波電流使電力系統(tǒng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電、用電的使用效率。

2 諧波治理及無源濾波與有源濾波的區(qū)別

目前諧波治理的技術(shù)主要有無源濾波技術(shù)和有源濾波技術(shù)兩種。

無源濾波技術(shù)是目前應(yīng)用為廣泛的諧波抑制手段，它是按照希望抑制的諧波次數(shù)專門量身制造的，采用電感、電容的調(diào)諧原理，將諧波陷落在濾波器中，以減少對電網(wǎng)的注入。無源濾波裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，技術(shù)已比較成熟，但是也存在著難以克服的缺陷：

1、濾波特性受系統(tǒng)參數(shù)的影響較大，極易與系統(tǒng)或者其它濾波支路發(fā)生串并聯(lián)諧振;

2、只能消除特定的幾次諧波，而對其他的某次諧波則會產(chǎn)生放大作用;

3、濾波、無功補(bǔ)償、調(diào)壓等要求之間有時(shí)難以協(xié)調(diào);

4、諧波電流增大時(shí)，濾波器負(fù)擔(dān)隨之加重，可能造成濾波器過載，甚至損壞設(shè)備。

5、有效材料消耗多，體積大。

有源濾波技術(shù)作為一種新型的諧波治理方法，是消除諧波污染、提高電能質(zhì)量的有效工具，與無源濾波技術(shù)相比，有著*的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1、實(shí)現(xiàn)了動態(tài)補(bǔ)償，可對頻率和大小均變化的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，對補(bǔ)償對象的變化有極快的響應(yīng)速度;

2、有源濾波裝置是一個(gè)高阻抗電流源，它的接入對系統(tǒng)阻抗不會產(chǎn)生影響，因此此類裝置適合系列化，規(guī)模化生產(chǎn);

3、當(dāng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)裝置受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不存在與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)，同時(shí)能抑制串并聯(lián)諧振

4、補(bǔ)償無功功率時(shí)不需要儲能元件，補(bǔ)償諧波時(shí)所需要的儲能元件不大

5、用同一臺裝置可同時(shí)補(bǔ)償多次諧波電流和非整數(shù)倍次的諧波電流，既可以對一個(gè)諧波和無功源進(jìn)行單獨(dú)補(bǔ)償，也可對多個(gè)諧波和無功源進(jìn)行集中補(bǔ)償

6、當(dāng)線路中的諧波電流突然增大時(shí)有源濾波器不會發(fā)生過載，并且能正常發(fā)揮作用，不需要與系統(tǒng)斷開

7、裝置可以僅輸出所需要補(bǔ)償?shù)母叽沃C波電流，不輸出基波無功功率，不但減小了有源濾波器的總?cè)萘浚€可以避免輕負(fù)荷時(shí)發(fā)生無功倒送現(xiàn)象。

3 電能質(zhì)量分析儀對諧波的檢測

電能質(zhì)量是指通過公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的品質(zhì)，通俗來說就是指電網(wǎng)線路中電能的好壞情況。

電能質(zhì)量問題主要由終端負(fù)荷側(cè)引起。例如沖擊性無功負(fù)載會使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生劇烈波動，降低供電質(zhì)量。

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，它既給現(xiàn)代工業(yè)帶來節(jié)能和能量變換積極的一面，同時(shí)電力電子裝置在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用又對電能質(zhì)量帶來了新的更加嚴(yán)重的損害，已成為電網(wǎng)的主要諧波污染源。

電網(wǎng)系統(tǒng)中各個(gè)用戶端配電網(wǎng)中使用的整流器、變頻調(diào)速裝置、電弧爐、電氣化鐵路以及各種電力電子設(shè)備不斷增加。給用電網(wǎng)絡(luò)造成影響或者說是用電污染。造成電壓不穩(wěn)、過電壓、產(chǎn)生諧波等。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，并使絕緣老化，壽命縮短,甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波還會引起電力系統(tǒng)局部發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量被放大，致使電容器等設(shè)備燒毀。

這些負(fù)荷的非線性、沖擊性和不平衡的用電特性，對供電質(zhì)量造成嚴(yán)重污染。因而消除供配電系統(tǒng)中的高次諧波問題對改善電能質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著非常積極的意義。

另一方面，現(xiàn)代工業(yè)、商業(yè)及居民用戶的用電設(shè)備對電能質(zhì)量更加敏感，對供電質(zhì)量提出了更高的要求。目前，諧波、電磁干擾、功率因數(shù)降低已并列為電力系統(tǒng)的三大公害。

當(dāng)電網(wǎng)的電能質(zhì)量被干擾或污染，達(dá)不到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就得有針對性地對電網(wǎng)進(jìn)行電能質(zhì)量改善。要了解電網(wǎng)電能質(zhì)量的實(shí)際情況，就必須有相應(yīng)的設(shè)備對其進(jìn)行測試分析，針對國內(nèi)的實(shí)際情況，我公司適時(shí)開發(fā)研制了適合國情的專業(yè)電能質(zhì)量分析儀器。