電網(wǎng)中諧波的基本特性和測(cè)量分析

電網(wǎng)中諧波的基本特性和測(cè)量分析
　　摘要：近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電網(wǎng)中非線性負(fù)荷用戶的比例不斷提高，由此而產(chǎn)生的供電電能質(zhì)量嚴(yán)重下降。特別是冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)及電氣化鐵路的發(fā)展，電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)荷及沖擊性負(fù)荷日趨增加，對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的“污染”加劇，使電網(wǎng)的非線性（諧波）、非對(duì)稱性(負(fù)序)和波動(dòng)性日趨嚴(yán)重。已引發(fā)電網(wǎng)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(zhǎng)設(shè)備使用壽命，改善電磁環(huán)境，提高產(chǎn)品的品質(zhì)。電磁場(chǎng)測(cè)試儀 | 六角扳手 | 空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀 | 電表 | 尖嘴鉗 | GPS | 濁度計(jì) | 電流表 | 其它儀器 | 相序表 | 溫度記錄儀 | 金屬探測(cè)器 | 萬(wàn)能鉗 | 測(cè)試器 | 一氧化碳檢測(cè)器 | 測(cè)速儀��
　　 　　
　　一、諧波的基本特性和測(cè)量分析
　�。ㄒ唬�諧波基本特性。
　　諧波是一個(gè)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(fù)荷是電網(wǎng)諧波的主要產(chǎn)生因素。非線性負(fù)荷吸收電流和外加端電壓為非線性關(guān)系，這類(lèi)負(fù)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(jīng)過(guò)傅立葉級(jí)數(shù)分解后，那些大于基頻的分量被稱作諧波。
　　非線性負(fù)荷除了產(chǎn)生基頻整次諧波外，還可能產(chǎn)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(kāi)路等事故，而導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入暫態(tài)過(guò)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(zhì)，需要了解諧波類(lèi)型。諧波按其性質(zhì)和波動(dòng)的快慢可分成四類(lèi)：準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)諧波、波動(dòng)諧波、快速變化的諧波和間諧波四類(lèi)。因其多樣性和隨機(jī)性，在實(shí)際工作中，要精確評(píng)估諧波量值非常困難，所以在IEC6100-4-7標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)前三類(lèi)諧波進(jìn)行了規(guī)定，推薦采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)諧波進(jìn)行測(cè)量。兼顧數(shù)理統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)壓縮的需要，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)量時(shí)段以及通過(guò)測(cè)量值計(jì)算諧波值提出了建議。��
　　國(guó)標(biāo)GB/T14549-1993采用觀察期3s有效測(cè)量的各次諧波均方根值的95%概率作為評(píng)價(jià)諧波的標(biāo)準(zhǔn)。為簡(jiǎn)便實(shí)用，將實(shí)測(cè)值按由大到小的方式排序，在舍去前5%個(gè)大值后剩余的最大值，近似作為95%的概率值。��
　�。ǘ�）諧波的測(cè)量及分析。
　　國(guó)標(biāo)規(guī)定諧波測(cè)量時(shí)的運(yùn)行方式為：電網(wǎng)正常供電時(shí)可能出現(xiàn)的最小運(yùn)行方式，且應(yīng)在諧波源工作周期中產(chǎn)生的諧波量最大的時(shí)段內(nèi)進(jìn)行諧波電壓、電流的測(cè)試。當(dāng)測(cè)量點(diǎn)附近安裝有電容器組時(shí)，應(yīng)在電容器組的各種運(yùn)行方式下進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量的諧波次數(shù)一般為2-25次，根據(jù)諧波源的特點(diǎn)或測(cè)試分析結(jié)果做相應(yīng)調(diào)整。諧波電流允許值的計(jì)算與三個(gè)參數(shù)有關(guān)：最小短路容量SK1、供用電設(shè)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(yùn)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(shè)備容量和最小短路容量下的供電方式相對(duì)應(yīng)。公用電網(wǎng)諧波GB/T14549-1993中規(guī)定：對(duì)于負(fù)荷變化快的諧波源，測(cè)量的間隔時(shí)間不大于2min，每次測(cè)量結(jié)果可為3s內(nèi)所測(cè)值的平均值，測(cè)量次數(shù)一般不少于30次；對(duì)于慢變化諧波源測(cè)量的間隔及持續(xù)時(shí)間不作規(guī)定。目前，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀都采用連續(xù)有縫的監(jiān)測(cè)方式，即：測(cè)量的間隔時(shí)間大于3秒，一般為1至15分鐘�？蛇M(jìn)行如下測(cè)量：電壓偏差、頻率偏差、諧波、電壓波動(dòng)、閃變、三相不平衡度、電壓波動(dòng)和閃變、電壓驟升、驟降、中斷等。
　　在實(shí)際測(cè)量工作中，通常采用諧波測(cè)試儀來(lái)監(jiān)測(cè)和分析諧波。一般來(lái)說(shuō)，將用戶接入公用電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)作為諧波監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)量該點(diǎn)的電壓和注入公共電網(wǎng)的電流后，通過(guò)對(duì)電壓和電流的分析，取得諧波測(cè)量資料。��
　　相對(duì)單點(diǎn)的諧波測(cè)量而言，從區(qū)域或整個(gè)電網(wǎng)角度來(lái)看，諧波源的定位和確定諧波模型進(jìn)而分析它是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過(guò)程。諧波源定位，一般采用功率方向法和瞬時(shí)負(fù)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(shí)域仿真、非線性和線性頻率分析。三種方法的相同點(diǎn)是對(duì)電網(wǎng)作適當(dāng)?shù)木�性化處理，只是在處理非線性設(shè)備時(shí)采取了不同的模擬方式。
　　在取得諧波測(cè)試結(jié)果后進(jìn)行分析，選擇測(cè)量時(shí)段內(nèi)各相實(shí)測(cè)量值的95%概率值中最大的一相值，作為判斷諧波是否超過(guò)允許值的依據(jù)；根據(jù)公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值表判斷諧波電壓是否超標(biāo)；根據(jù)公共連接點(diǎn)的全部用戶向該點(diǎn)注入的諧波電流允許值判斷諧波電流是否超標(biāo)。
　　
　　二、電網(wǎng)中的諧波源
　　嚴(yán)格意義上講，電力網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)環(huán)節(jié)，包括發(fā)電、輸電、配電、用電都可能產(chǎn)生諧波，其中產(chǎn)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(jī)是由三相繞組組成的，理論上講，發(fā)電機(jī)三相繞組必須完全對(duì)稱，發(fā)電機(jī)內(nèi)的鐵心也必須完全均勻一致，才不致造成諧波的產(chǎn)生，但受工藝、環(huán)境以及制作技術(shù)等方面的限制，發(fā)電機(jī)總會(huì)產(chǎn)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(nèi)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(nèi)含大量奇次諧波。變壓器鐵心飽和度越高，其工作點(diǎn)偏離線性就越遠(yuǎn)，產(chǎn)生的諧波電流就越大，嚴(yán)重時(shí)三次諧波電流可達(dá)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(shè)備、變頻裝置、充氣電光源以及家用電器，都能產(chǎn)生一定量的諧波。��
　　晶閘管整流技術(shù)在電力機(jī)車(chē)、充電裝置、開(kāi)關(guān)電源等很多方面被普遍采用。它采用移相原理，從電網(wǎng)吸收的是半周正弦波，而留給電網(wǎng)剩下的半周正弦波，這種半周正弦波分解后能產(chǎn)生大量的諧波。有統(tǒng)計(jì)表明，整流設(shè)備所產(chǎn)生的諧波占整個(gè)諧波的近40%，是最大的諧波源。��
　　變頻原理常用于水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備中，變頻一般分為兩類(lèi)：交-直-交變頻器和交-交變頻器。前者將380V50Hz工頻電源經(jīng)三相橋式可控硅整流，變成直流電壓信號(hào)，濾波后由大功率晶體開(kāi)關(guān)元件逆變成可變頻率的交流信號(hào)。后者將固定頻率的交流電直接轉(zhuǎn)換成相數(shù)一致但頻率可調(diào)的交流電。兩者均采用相位控制技術(shù)，所以在變換后會(huì)產(chǎn)生含復(fù)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(huì)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的諧波污染。��
　　充氣電光源和家用電器更是常見(jiàn)的諧波源，如熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈應(yīng)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(jì)算機(jī)、電視機(jī)、錄像機(jī)、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具、微波爐等家用電器，因內(nèi)置調(diào)壓整流元件，會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生高次奇諧波；電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、空調(diào)器含小功率電動(dòng)機(jī)，也會(huì)產(chǎn)生一定量的諧波。這類(lèi)設(shè)備功率雖小，但數(shù)量多，也是電網(wǎng)諧波源中不可忽視的因素。