关于电力系统谐波

关于电力系统谐波
　　洪佩孙

（河海大学　南京　210098）　　

　　供电电压之波形是供电质量之一项重要指标[阳光电子学校维修专家友情提示]。向用户供电之电压应为正弦波，当供电电压不是正弦波时，就称为电压发生畸变，畸变之程度可用谐波含量来定量表示[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　谐波概念之提出为分析非正弦量提供了有效之手段[阳光电子学校维修专家友情提示]。从理论上说，用谐波概念分析非正弦波性质是用“频域”之特性表示方法代替“时域”之特性表示方法[阳光电子学校维修专家友情提示]。采用基于迭加定理之谐波分析方法为分析电力系统在非正弦电压和电流作用下之行为提供了很大之方便[阳光电子学校维修专家友情提示]。例如，将非正弦波分解为谐波后，就可对系统阻抗进行定义[阳光电子学校维修专家友情提示]。但是，电力系统之谐波分析方法涉及很多基本概念，如不能掌握这些概念，就会招至困惑，甚至导致错误结论[阳光电子学校维修专家友情提示]。本文将对以下几个有关电力系统谐波之问题作出说明和解释[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　（1）分析时认为系统电源电势是正弦变化之，即系统无谐波电势[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　对“理想电机”而言，转子绕组电流所产生之磁势，括阻尼绕组电流所产生之磁势和定子绕组电流产生之反应磁势沿空间之分布均为正弦之[阳光电子学校维修专家友情提示]。所以同步电机定子绕组中之电势，不论以同步电势或是暂态（次暂态）电势表示，均是正弦时变之，无谐波分量[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　实际上，同步电机在结构上采用分裂和短距绕组，消除了一些主要之非零序性质之谐波，又采用线电势输出方式，消除了零序性质谐波之影响，因此可以认为同步发电机不向系统送出谐波电势[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　（2）系统电压、电流中谐波分量之产生[阳光电子学校维修专家友情提示]。如何在具有非线性特性元件之电路中应用富氏分解法[阳光电子学校维修专家友情提示]。系统中谐波电压和电流是因系统中非线性元件之存在而产生之[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　这里所指非线性元件首先是括电弧一类伏安特性为非线性之负荷，其等效阻抗为非线性，还括参数随时间而变（时变）之受控元件，如由晶闸管控制之电气设备等[阳光电子学校维修专家友情提示]。凸极同步机，由于其d·q轴方向磁阻不等，对在其中形成反向旋转磁场或固定磁场之定子电流而言，等值阻抗也是时变之，因而也是产生谐波之原因[阳光电子学校维修专家友情提示]。所以，对所要分析之具有谐波电压、电流之系统，从整体来说一般具有非线性特性[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　这样，就出现一个概念性之问题：谐波分析法与对称分量法一样，只能运用于线性系统[阳光电子学校维修专家友情提示]。能不能用谐波分析法，研究出现了电流和电压畸变之系统？
　　为了能在实际系统中应用谐波分析方法，需要做一些假定，将产生谐波之非线性元件从系统中分离出来，并看作是一个电流源，这样一来，系统其余部分就是线性之，只要分析该电流源提供之电流在系统线性部分之流动清况[阳光电子学校维修专家友情提示]。可以利用迭加定理分别研究各次谐波影响，彼此相互不干涉[阳光电子学校维修专家友情提示]。自然，采用这一假定时，仍会有困难，即如何求解电流源[阳光电子学校维修专家友情提示]。实用上可作一个假定，认为谐波电流是在正弦恒定端电压下产生之，也可根据实测求解[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　图1表明系统谐波分布情况[阳光电子学校维修专家友情提示]。非线性负载以恒定电流源In表示[阳光电子学校维修专家友情提示]。他向系统送出恒定之n次谐波电流In[阳光电子学校维修专家友情提示]。系统阻抗为对n次谐波之阻抗，In在相应阻抗上之压降即为相应点之谐波电压Un，对a点而言Una＝InZn，Zn为自a点看之系统总阻抗[阳光电子学校维修专家友情提示]。所以系统电源阻抗愈大，Un愈大，谐波对供电质量影响愈大[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　图2为采用无源滤波器消除谐波对系统影响之情况[阳光电子学校维修专家友情提示]。无源滤波器F吸收谐波电流IFn，使流入系统之谐波电流减小，Una降低[阳光电子学校维修专家友情提示]。

　　图3为采用有源滤波器之情况，有源滤波器产生－In注入系统，抵消了非线性负载向系统送出之谐波电流[阳光电子学校维修专家友情提示]。

　　（3）实测之谐波往往是连续频谱[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　从富氏分解法可知，周期性非正弦函数谐波次数是整数倍[阳光电子学校维修专家友情提示]。非周期之非正弦函数含之谐波频谱是连续之，有分数谐波[阳光电子学校维修专家友情提示]。如谐波电流是由波动性非线性负荷产生，例
如电弧炼钢炉负载，则除有整数谐波外，尚有分数谐波电流[阳光电子学校维修专家友情提示]。这一现象在谐波测量和谐波抑制时应加以注意[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　（4）三相系统谐波之“寄生性”与谐波之对称分量[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　由于实际系统之谐波电流是系统对称正弦电势在非线性负载上产生之，所以三相系统之各相谐波电流是迭加在各相基频电流上[阳光电子学校维修专家友情提示]。因此，对n次谐波电流In有　　
    Ina＝Inaejnω
    Inb＝Inbejn（ω－120°）＝Inbejnω·e-j120°·n
    Inc＝Incejn（ω－240°）＝Incejnω·e-j240°·n
    当Ina＝Inb＝Inc时，有
    Ina＝In·ejnω·ej0·n
    Inb＝In·ejnω·e-j120°＝Ina·e-j120°·n
    Inc＝In·ejnω·e-j240°＝Ina·e-j240°·n

　　可以看出，当n为不同值时，In只由谐波之一种对称分量构成，如表1所示[阳光电子学校维修专家友情提示]。

　　所以三相电流畸变相同时，各次谐波中只含一种对称分量，频率为nω[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　　如三相电流畸变不同，则各次谐波含几种谐波对称分量[阳光电子学校维修专家友情提示]。不对称负载如无中线引出，则无零序分量[阳光电子学校维修专家友情提示]。

　　湖南省阳光电子技术学校常年面向全国招生.安置就业。考试合格颁发全国通用权威证书：《中华人民共和国职业资格证》 、《电工证》 、《焊工证》 。采用我校多年来独创的“模块教学法”,理论与实践相结合、原理＋图纸＋机器三位一体的教学模式，半天理论，半天实践，通俗易懂，确保无任何基础者也能全面掌握维修技能、成为同行业中的佼佼者。工作(一期不会，免费学会为止)。