综上所述,对电能质量已不能简单的用频率和电压这两个指标来衡量了,谐波含量也已然成为衡量电能质量的重要指标。谐波《电能质量—公用电网谐波》的国家标准在1993年由我国国家技术监督局批准并颁发。标准中明确规定了谐波强制执行以及谐波电流的合成方法,将我国低压电网(0。38kV)的电压总畸变率定为5%,且规定奇次谐波电压含有率低于4%,偶次谐波电压含有率低于2%。
谐波是由于工频的正弦波畸变,无功是由于电压电流波形的相位不同。由于物理本质的统一性,可以对电力系统中的谐波和无功进行综合补偿。有源电力滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,动态性能好,且补偿特性不受电网阻抗的影响,不容易和电网阻抗发生谐振,因此受到广泛应用。
1。1谐波的产生与危害
1、谐波的产生
电网中的谐波主要是因为各种大量电力以及用电设备及其他非线性的负载导致。若正弦基波电压(即若电源阻抗为零时)被加在非线性负荷上时,负荷上的电流和施加的电压的波形是不同的,发生畸变的电流会对电流回路中的配电设施产生影响。当系统电源阻抗实际存在时,畸变的电流会在阻抗上产生出电压降,因此产生畸变电压时,畸变电压会影响负载。
谐波源在电力系统中主要分为两类:1、含半导体非线性元件的谐波源。像各类整流装置,整流器,直流拖动设备,交流设备,交流调压装置,PWM变频器,相控调制变频器以及现代工业设施为节能和控制用的电力电子设备等。2、含铁磁及电弧非线性设备的谐波源。例如交流电焊机、交流电弧炉、发电机、变压器、日光灯及铁磁谐振设备等。家用设备也分属上述两类谐波源,虽其容量小,但数量大,因此也是不可忽视的谐波源。所有这些都是使用的电力系统中的电流、电压波形发生畸变,从而产生高次谐波。
2、谐波的危害
谐波会产生一系列的危害如表1-1:
表1-1 谐波的危害
在电力系统方面,谐波主要存在的危害 (1)增加电力系统的热损耗,缩短其寿命。供配电线路和用电设备,谐波会产生附加的功率损耗。谐波电流会导致电机过热,转矩脉动。谐波电流会加剧变压器肌肤效应,局部发热问题严重。
(2)引起谐振。电力系统中存在大量的电抗器(电机、变压器等)、电容器,由他们组成的电路存在谐振固有频率,当电路中存在相应的谐波时,系统发生谐振。谐振对谐波有放大作用,串联谐振时局部的谐波电流会很大,并联谐振时局部的谐波电压会很大。
(3)导致保护和控制设备的误动作。谐波会使得电压、电流峰值及有效值等发生改变,依赖这些参数设计的保护可能会出现误动作。
在三相四线制系统中,谐波的存在会使系统产生零序电流。零序电流对电力系统同样存在着危害 (1)增加系统的热损耗,包括线路的附加损耗,变压器的铁芯损耗等。
(2)引起保护设备的误动作。
(3)中性线的线径一般设计的较小,容易产生过载。
(4)造成三相电压不对称、中性电压偏移影响系统电压特性。
1。2谐波的抑制措施
(1)对产生谐波的谐波源装置本身进行改造[3]:增加整流相数,采用多重拓扑结构,采用先进的控制技术如PWM技术、谐波消去优化法等,限制变流装置的容量,加入滤波环节等。尽管这些方法可以有效地减少谐波,但因为一些电力电子设备的工作机理所导致,必然会产生一定的谐波。