電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的原因，危害以及抑制方法

電網(wǎng)諧波主要是由發(fā)電設(shè)備(電氣終端)、輸配電設(shè)備和電力系統(tǒng)的非線性負(fù)載引起的。今天主要了解電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的原因，危害以及抑制方法。

一、電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的原因

1、在電源端產(chǎn)生的諧波。

在三相發(fā)電機(jī)繞組的生產(chǎn)中，很難實(shí)現(xiàn)絕對(duì)對(duì)稱。由于制造工藝的原因，即使在核心部分也很難達(dá)到絕對(duì)的均勻性。由于其他原因，如發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性，會(huì)出現(xiàn)一些諧波，但通常比較少。

2、在電力傳輸和分配中發(fā)生的諧波。

電力變壓器是電力傳輸和分配中最重要的諧波源。由于變壓器的設(shè)計(jì)必須符合經(jīng)濟(jì)性，其鐵芯的磁化曲線處于非線性飽和狀態(tài)，這使得作用中的磁化電流有一個(gè)尖銳的峰值，產(chǎn)生簡(jiǎn)單的諧波。

變壓器鐵芯的最大飽和度導(dǎo)致其工作點(diǎn)偏離線性曲線，產(chǎn)生更高的諧波電流。單次諧波電流的分?jǐn)?shù)可以達(dá)到變壓器額定電流的0.5%以上。

3、由電氣設(shè)備產(chǎn)生的諧波。

二、電網(wǎng)產(chǎn)生諧波導(dǎo)致哪些危害？

諧波造成的危害是非常嚴(yán)重的。諧波會(huì)降低發(fā)電、輸電和用電的效率，導(dǎo)致電氣設(shè)備過(guò)熱，引起振動(dòng)和噪音，使設(shè)備老化，縮短使用壽命，甚至?xí)斐晒收匣驘齻ＶC波在電氣系統(tǒng)中引起局部的并聯(lián)或串聯(lián)共振，放大了諧波內(nèi)容，導(dǎo)致電容器和其他設(shè)備燃燒。諧波也會(huì)導(dǎo)致繼電器保護(hù)和自動(dòng)設(shè)備故障，導(dǎo)致電力測(cè)量的混亂。在外部電力系統(tǒng)的情況下，諧波會(huì)對(duì)電子和通信設(shè)備造成嚴(yán)重干擾。

公共網(wǎng)絡(luò)和其他系統(tǒng)中的諧波造成的損害通常包括

1、能源公司的運(yùn)營(yíng)成本增加

由于諧波不經(jīng)處理就無(wú)法消除，大量的諧波電壓和電流被移位并在電網(wǎng)中累積，導(dǎo)致線路損耗增加和電氣設(shè)備過(guò)熱，從而增加了電力的運(yùn)行成本，提高了價(jià)格。

2、供應(yīng)的可靠性降低

在許多情況下，諧波電壓會(huì)產(chǎn)生更尖銳的正弦波，這不僅會(huì)增加變壓器和電容器等電氣設(shè)備的延遲和雜散電流損失，而且還會(huì)增加絕緣材料的電負(fù)荷。諧波電流增加了變壓器的銅損，導(dǎo)致變壓器局部過(guò)熱，高諧波負(fù)載下的噪音增加，加速了絕緣的老化，大大降低了變壓器和電機(jī)的壽命。供應(yīng)的可靠性降低，在生產(chǎn)過(guò)程中，供應(yīng)失敗很可能造成嚴(yán)重后果。

3、電源事故產(chǎn)生

電力系統(tǒng)包含許多諧波源(變頻器或整流器)，以及電容器、變壓器、電纜、電機(jī)和其他不斷運(yùn)動(dòng)的負(fù)載，很容易產(chǎn)生串聯(lián)或并聯(lián)的諧振條件。如果網(wǎng)絡(luò)參數(shù)不匹配，就會(huì)在某一頻率下發(fā)生諧波振蕩，導(dǎo)致過(guò)電壓或過(guò)電流。如果不加以控制，它們會(huì)威脅到網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行，并容易導(dǎo)致輸電和配電故障。

4、設(shè)備故障無(wú)法工作

在發(fā)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，諧波電流或諧波電壓會(huì)在定子繞組、轉(zhuǎn)子電路和鐵芯中造成額外的損失，降低傳動(dòng)設(shè)備的效率和能源消耗。更重要的是，諧波振蕩容易引起渦輪發(fā)電機(jī)的振動(dòng)，造成機(jī)械共振，引起渦輪葉片變形、疲勞循環(huán)和設(shè)備故障。

5、造成破壞性事故

繼電保護(hù)的自動(dòng)化在確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行方面發(fā)揮著重要作用。但由于諧波較多，容易使各種網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和自動(dòng)化設(shè)備發(fā)生異常動(dòng)作或動(dòng)作失靈，特別是在廣泛使用的微機(jī)保護(hù)和性能優(yōu)良的綜合自動(dòng)化設(shè)備中，造成區(qū)域性(現(xiàn)場(chǎng))網(wǎng)絡(luò)故障，導(dǎo)致大面積停電等有害原因。

6、短路

網(wǎng)絡(luò)中的和諧導(dǎo)致了測(cè)量?jī)x器的錯(cuò)誤和不符合正確指示的測(cè)量(測(cè)量?jī)x器的錯(cuò)誤主要反映在電表上)。當(dāng)斷路器截?cái)喔咧C波含量的電流時(shí)，斷路器的鎖定能力會(huì)大大降低，從而導(dǎo)致電弧、短路甚至爆炸。

7、產(chǎn)品質(zhì)量下降

由于共振波的長(zhǎng)期存在，電機(jī)和其他設(shè)備的運(yùn)行增加了振動(dòng)，增加了生產(chǎn)誤差，降低了產(chǎn)品加工的精度，降低了產(chǎn)品質(zhì)量。

8、通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行受到干擾

當(dāng)傳輸線和通信線平行或接近時(shí)，由于它們之間的靜電和電磁感應(yīng)，產(chǎn)生了電場(chǎng)耦合和磁場(chǎng)耦合，諧波成分對(duì)通信系統(tǒng)產(chǎn)生了噪聲干擾，降低了信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量，破壞了正向信號(hào)傳輸。這不僅影響了談話的清晰度，而且在嚴(yán)重的情況下還會(huì)危及通信設(shè)備和人身安全。

諧波干擾相鄰的通信系統(tǒng)，肺部產(chǎn)生噪音，降低了通信質(zhì)量;重則造成住宿損失，妨礙了通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

三、如何去除諧波？

電氣諧波的產(chǎn)生往往對(duì)不合理的電氣設(shè)計(jì)很重要。因此，解決電氣諧波問(wèn)題的第一個(gè)辦法應(yīng)該是優(yōu)化電氣設(shè)計(jì)，避免產(chǎn)生電氣諧波。因此，有必要采取技術(shù)措施來(lái)避免電氣設(shè)計(jì)中的諧波，如增加整流器脈沖的數(shù)量。整流器是電力系統(tǒng)中的主要諧波源。

PWM技術(shù)是一種廣義的脈沖調(diào)制技術(shù)。使用這種技術(shù)來(lái)減少諧波的原理如下。

1)PWM增加了諧波譜，從而減少了諧波，使轉(zhuǎn)換器的輸入出現(xiàn)正弦波。

2)在受控整流后激活功率因數(shù)校正(PFC)，也可以實(shí)現(xiàn)正弦輸入電流的控制目標(biāo)，而且PFC可以進(jìn)行相位校正，從而使線性負(fù)載與電網(wǎng)等效。

審核編輯：湯梓紅