電網中諧波的基本特性和測量分析

電網中諧波的基本特性和測量分析
　　摘要：近年來，隨著我國經濟的快速發(fā)展，電網中非線性負荷用戶的比例不斷提高，由此而產生的供電電能質量嚴重下降。特別是冶金工業(yè)、化學工業(yè)及電氣化鐵路的發(fā)展，電力系統(tǒng)中的非線性負荷及沖擊性負荷日趨增加，對電網電能質量的“污染”加劇，使電網的非線性（諧波）、非對稱性(負序)和波動性日趨嚴重。已引發(fā)電網不少異常和事故，治理好諧波，不僅能降低電能損耗，而且能延長設備使用壽命，改善電磁環(huán)境，提高產品的品質。電磁場測試儀 | 六角扳手 | 空氣品質監(jiān)測儀 | 電表 | 尖嘴鉗 | GPS | 濁度計 | 電流表 | 其它儀器 | 相序表 | 溫度記錄儀 | 金屬探測器 | 萬能鉗 | 測試器 | 一氧化碳檢測器 | 測速儀��
　　 　　
　　一、諧波的基本特性和測量分析
　　（一）諧波基本特性。
　　諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率是基波頻率的整數(shù)倍數(shù)。理論上看，非線性負荷是電網諧波的主要產生因素。非線性負荷吸收電流和外加端電壓為非線性關系，這類負荷的電流不是正弦波，且引起電壓波形畸變。周期性的畸變波形經過傅立葉級數(shù)分解后，那些大于基頻的分量被稱作諧波。
　　非線性負荷除了產生基頻整次諧波外，還可能產生低于基頻的次諧波，或高于基波的非整數(shù)倍諧波。電力系統(tǒng)中出現(xiàn)系統(tǒng)短路、開路等事故，而導致系統(tǒng)進入暫態(tài)過程引起的諧波，將不歸屬諧波治理的范疇。
　　要治理諧波改善供電品質，需要了解諧波類型。諧波按其性質和波動的快慢可分成四類：準穩(wěn)態(tài)諧波、波動諧波、快速變化的諧波和間諧波四類。因其多樣性和隨機性，在實際工作中，要精確評估諧波量值非常困難，所以在IEC6100-4-7標準中對前三類諧波進行了規(guī)定，推薦采用數(shù)理統(tǒng)計的方法對諧波進行測量。兼顧數(shù)理統(tǒng)計和數(shù)據(jù)壓縮的需要，標準對測量時段以及通過測量值計算諧波值提出了建議。��
　　國標GB/T14549-1993采用觀察期3s有效測量的各次諧波均方根值的95%概率作為評價諧波的標準。為簡便實用，將實測值按由大到小的方式排序，在舍去前5%個大值后剩余的最大值，近似作為95%的概率值。��
　�。ǘ�）諧波的測量及分析。
　　國標規(guī)定諧波測量時的運行方式為：電網正常供電時可能出現(xiàn)的最小運行方式，且應在諧波源工作周期中產生的諧波量最大的時段內進行諧波電壓、電流的測試。當測量點附近安裝有電容器組時，應在電容器組的各種運行方式下進行測量。測量的諧波次數(shù)一般為2-25次，根據(jù)諧波源的特點或測試分析結果做相應調整。諧波電流允許值的計算與三個參數(shù)有關：最小短路容量SK1、供用電設備容量St及協(xié)議容量Si。其中最小短路容量指的是正常最小運行方式下的短路容量；協(xié)議容量不包括起替換作用的冷備用容量；供用電設備容量和最小短路容量下的供電方式相對應。公用電網諧波GB/T14549-1993中規(guī)定：對于負荷變化快的諧波源，測量的間隔時間不大于2min，每次測量結果可為3s內所測值的平均值，測量次數(shù)一般不少于30次；對于慢變化諧波源測量的間隔及持續(xù)時間不作規(guī)定。目前，電能質量監(jiān)測儀都采用連續(xù)有縫的監(jiān)測方式，即：測量的間隔時間大于3秒，一般為1至15分鐘�？蛇M行如下測量：電壓偏差、頻率偏差、諧波、電壓波動、閃變、三相不平衡度、電壓波動和閃變、電壓驟升、驟降、中斷等。
　　在實際測量工作中，通常采用諧波測試儀來監(jiān)測和分析諧波。一般來說，將用戶接入公用電網的公共連接點作為諧波監(jiān)測點，測量該點的電壓和注入公共電網的電流后，通過對電壓和電流的分析，取得諧波測量資料。��
　　相對單點的諧波測量而言，從區(qū)域或整個電網角度來看，諧波源的定位和確定諧波模型進而分析它是一個相對復雜的過程。諧波源定位，一般采用功率方向法和瞬時負荷參數(shù)分割法。而諧波模型分析的方法一般有三種：非線性時域仿真、非線性和線性頻率分析。三種方法的相同點是對電網作適當?shù)木�性化處理，只是在處理非線性設備時采取了不同的模擬方式。
　　在取得諧波測試結果后進行分析，選擇測量時段內各相實測量值的95%概率值中最大的一相值，作為判斷諧波是否超過允許值的依據(jù)；根據(jù)公用電網諧波電壓（相電壓）限值表判斷諧波電壓是否超標；根據(jù)公共連接點的全部用戶向該點注入的諧波電流允許值判斷諧波電流是否超標。
　　
　　二、電網中的諧波源
　　嚴格意義上講，電力網絡的每個環(huán)節(jié)，包括發(fā)電、輸電、配電、用電都可能產生諧波，其中產生諧波最多位于用電環(huán)節(jié)上。
　　發(fā)電環(huán)節(jié)。
　　發(fā)電機是由三相繞組組成的，理論上講，發(fā)電機三相繞組必須完全對稱，發(fā)電機內的鐵心也必須完全均勻一致，才不致造成諧波的產生，但受工藝、環(huán)境以及制作技術等方面的限制，發(fā)電機總會產生少量的諧波。��
　　輸、配電環(huán)節(jié)。
　　輸電和配電系統(tǒng)中存在大量的電力變壓器。因變壓器內鐵心飽和，磁化曲線的非線特性以及額定工作磁密位于磁化曲線近飽和段上等諸多因素，致使磁化電流呈尖頂形，內含大量奇次諧波。變壓器鐵心飽和度越高，其工作點偏離線性就越遠，產生的諧波電流就越大，嚴重時三次諧波電流可達額定電流的5%。
　　用電環(huán)節(jié)。
　　用電環(huán)節(jié)諧波源更多，晶閘管式整流設備、變頻裝置、充氣電光源以及家用電器，都能產生一定量的諧波。��
　　晶閘管整流技術在電力機車、充電裝置、開關電源等很多方面被普遍采用。它采用移相原理，從電網吸收的是半周正弦波，而留給電網剩下的半周正弦波，這種半周正弦波分解后能產生大量的諧波。有統(tǒng)計表明，整流設備所產生的諧波占整個諧波的近40%，是最大的諧波源。��
　　變頻原理常用于水泵、風機等設備中，變頻一般分為兩類：交-直-交變頻器和交-交變頻器。前者將380V50Hz工頻電源經三相橋式可控硅整流，變成直流電壓信號，濾波后由大功率晶體開關元件逆變成可變頻率的交流信號。后者將固定頻率的交流電直接轉換成相數(shù)一致但頻率可調的交流電。兩者均采用相位控制技術，所以在變換后會產生含復雜成分(整次或分次)的諧波。因變頻裝置一般具有較大功率，所以也會對電網造成嚴重的諧波污染。��
　　充氣電光源和家用電器更是常見的諧波源，如熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈應用氣體放電原理發(fā)光，其伏安特性具有明顯的非線性特征。計算機、電視機、錄像機、調光燈具、調溫炊具、微波爐等家用電器，因內置調壓整流元件，會對電網產生高次奇諧波；電風扇、洗衣機、空調器含小功率電動機，也會產生一定量的諧波。這類設備功率雖小，但數(shù)量多，也是電網諧波源中不可忽視的因素。