電力知識精講：非線性負(fù)荷諧波對電力系統(tǒng)的影響

1、電力知識精講：非線性負(fù)荷諧波對電力系統(tǒng)的影響首先說一下本文標(biāo)題。非線性負(fù)荷并不是諧波，而是非 線性負(fù)荷會產(chǎn)生諧波，但他們基本屬于同一性質(zhì)，本文也是 一同講解，希望大家不要誤讀。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，不斷 有新的電力電子裝置和其他非線性負(fù)荷（又稱為畸變負(fù)荷） 接入電網(wǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)諧波水平逐年升高。這些非線性負(fù)荷在 電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波會不同程度地影響電能質(zhì)量，甚至?xí)l(fā) 嚴(yán)重的電氣設(shè)備事故。要了解非線性負(fù)荷，必須先了解諧波 和諧波畸變的幾個常識。 1.1. 諧波畸變的定義電力系統(tǒng)中的線 性負(fù)荷不產(chǎn)生諧波，諧波畸變是由電力系統(tǒng)中的非線性設(shè)備 引起的，流過非線性設(shè)備的電流和加在其上的電壓不成比例 關(guān)系。雖然

2、加在設(shè)備上的電壓是理想的正弦波，但流過其中 的電流卻是非正弦的，即出現(xiàn)了諧波畸變的問題。當(dāng)電壓有 較小增加時， 電流可能成倍增加， 并且其波形也將發(fā)生變化 諧波畸變波形2 2諧波畸變產(chǎn)生的原因電力系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生主要來自電源和負(fù)荷兩大方面：其一是發(fā)電機(jī)和變壓器制造 上的缺欠以及風(fēng)能、太陽能發(fā)電方式造成的；其二則是用戶 端非線性負(fù)荷造成的。就電網(wǎng)的發(fā)展來看，后一種原因即非 線性負(fù)荷的飛速發(fā)展較前者影響更大，是造成諧波污染的主 要根源。當(dāng)某一負(fù)荷施加正弦電壓，其電流若和該電壓及負(fù) 荷阻抗成正比例關(guān)系，并隨電壓波形的變化而變化，這種負(fù) 荷就叫做無畸變的線性負(fù)荷，如電阻性負(fù)載、恒速電機(jī)和同 步電機(jī)等；當(dāng)

3、某一負(fù)荷在每半周期產(chǎn)生的電流和施加的電壓 不呈比例關(guān)系，而是呈現(xiàn)出非正弦畸變波形，這種負(fù)荷就屬 于非線性負(fù)荷，如大容量閘晶管、可控硅整流器、逆變器、 變流器等電子設(shè)備，以及電弧爐、化工電鍍設(shè)備、變頻起動 電動機(jī)，甚至蓄電池充電器、鎮(zhèn)流器等。不可否認(rèn)，這些技 術(shù)型設(shè)備在提高系統(tǒng)傳輸能力，改善了人民生活水平，但同 時也使電力系統(tǒng)中產(chǎn)生了大量的高次諧波，從而加劇了電網(wǎng) 電壓、電流波形畸變水平，惡化了電網(wǎng)運(yùn)行狀況，導(dǎo)致電網(wǎng) 諧波污染日益嚴(yán)重。 其后果是電能質(zhì)量降低 , ,損耗增大， 損壞 設(shè)備，甚至引起系統(tǒng)故障?；l與高次諧波(此圖應(yīng)該是國 外引過來的， 我國基頻 50Hz50Hz ，3 3 次諧波

4、150Hz150Hz ，了解即可) 上述概念性知識應(yīng)該是每一個電力從業(yè)者應(yīng)該熟練掌握的 基礎(chǔ)知識，下面要講的的諧波危害形式、影響分析也是應(yīng)該 作為了解的環(huán)節(jié)。尤其是解決措施，掌握后也是對工作非常 有幫助的。非線性負(fù)載 3.3.非線性負(fù)荷的特性及其對電力系統(tǒng) 的影響非線性負(fù)荷作為諧波源，向電力系統(tǒng)注入了大量的高 次諧波，這些高次諧波直接影響了電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和電 氣設(shè)備的正常工作，對電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備帶來極大的威脅。(1 1)非線性負(fù)荷的特性 a.a.產(chǎn)生大量的諧波污染。所有的非 線性負(fù)荷都不同程度的產(chǎn)生諧波，沖擊性負(fù)荷特別是煉鋼電 弧爐幾乎產(chǎn)生連續(xù)頻譜的諧波電流，甚至產(chǎn)生大量的分?jǐn)?shù)次諧波。b

5、.b.引起電壓波動及電壓閃變。c.c.產(chǎn)生負(fù)序電流。負(fù)序電流的產(chǎn)生主要是由于非線性負(fù)荷的不對稱性引起的，其主 要負(fù)荷為交流電弧爐及電氣化鐵道的機(jī)車。（2 2）非線性負(fù)荷對電力系統(tǒng)穩(wěn)定的影響諧波導(dǎo)致供電電壓波形畸變，劣化公 共連接點(diǎn)（ PCCPCC ）供電質(zhì)量。同時，諧波電流進(jìn)入電網(wǎng)后有 發(fā)生諧振的潛在危險，諧振的后果將出現(xiàn)大范圍、大幅度的 過電壓、過電流問題， 進(jìn)一步威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行， 主要表現(xiàn)為： a a . .大量諧波能使繼電器、 自動裝置拒動或誤動， 如零序電流過大就可能造成接地保護(hù)誤動； b.b. 諧波數(shù)量大時 能使系統(tǒng)中反映工頻正弦量的多數(shù)監(jiān)視、測量表計(jì)產(chǎn)生誤差； c c

6、. .諧波會影響通訊系統(tǒng)通話的清晰度，嚴(yán)重時發(fā)生諧振， 干 擾整個通訊系統(tǒng)；d.d. 諧波能導(dǎo)致長距離輸電線單相重合閘失 ??；e.e.諧波能影響避雷器安全運(yùn)行和損壞互感器；f.f.諧波可使功率因數(shù)補(bǔ)償效果變劣；g.g.系統(tǒng)諧波嚴(yán)重時能使計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 失靈。因此，諧波問題不僅造成對非線性負(fù)荷自身利益的損 害，而且構(gòu)成了對電力系統(tǒng)較大威脅的公害，必須加以限制 和消除。 5.5. 非線性負(fù)荷對電力系統(tǒng)設(shè)備的影響高次諧波在電 力系統(tǒng)中傳遞，將引起銅損和鐵損增大，設(shè)備過熱，產(chǎn)生噪 聲。另外，高次諧波的負(fù)序分量有可能使旋轉(zhuǎn)設(shè)備產(chǎn)生反方 向轉(zhuǎn)矩，造成機(jī)械損傷和熱耗。當(dāng)電壓含有高次諧波時，使 得電器設(shè)備的絕緣水

7、平受到威脅，介質(zhì)損耗增加，充電電流 增大，從而引起各種故障，主要表現(xiàn)為: :（1 1）電力電容器的過負(fù)荷和損壞； （2 2）旋轉(zhuǎn)設(shè)備和電力變壓器的損耗增加（過 熱），從而造成容量的相對降低； （3 3）電力電纜的容量降低； （4 4）導(dǎo)致長距離輸電線路單相重合閘失?。ㄑ泳徚穗娀〉?熄滅時間）；（ 5 5）使開關(guān)的開斷更加困難； （ 6 6）影響到避雷 器的正常運(yùn)行； （7 7）導(dǎo)致電壓互感器的損壞； （8 8）導(dǎo)致自動 裝置、繼電保護(hù)誤動或拒動，電子儀表失靈。6.6. 抑制非線性負(fù)荷對電力系統(tǒng)的影響綜上所述，相信大家都應(yīng)該明白本節(jié) 應(yīng)該主要講解如何抑制電網(wǎng)中的諧波了。電網(wǎng)三大公害：諧 波公害、

8、電磁干擾公害、功率因素公害，諧波公害排首位， 可見諧波危害的普及性和抑制諧波影響的重要程度。抑制諧 波的主要措施有（其實(shí)該節(jié)知識點(diǎn)在上一篇中也提及過，不 過從新增設(shè)備投入方面考慮，又有所拓展。上一篇傳送 電力知識精講：供電系統(tǒng)節(jié)電優(yōu)化的綜合分析） ：（ 1 1）由短 路容量大的電網(wǎng)供電。 （ 2 2）裝設(shè)濾波器。當(dāng)并聯(lián)電容器組附 近有諧波源，諧波電流超過規(guī)定允許值時，應(yīng)在回路中設(shè)置 串聯(lián)電抗器以抑制諧波電流，并限制合閘時的涌流。（ 3 3）選用 D D ， yn11yn11 接線的變壓器，為 3 3 次諧波電流提供環(huán)流通路。 （4 4 ）降低諧波源的諧波含量。 也就是在諧波源上采取措施， 最大限度地避免諧波的產(chǎn)生。這種方法比較積極，能夠提高 電網(wǎng)質(zhì)量，可大大節(jié)省因消除諧波影響而支出的費(fèi)用（該技 術(shù)主要針對大型整流系統(tǒng)而言）。a.a. 增加整流器的脈動數(shù)： 整 流器是電網(wǎng)中的主要諧波源。脈波越多，對諧波的抑制效果 越好， 但是脈波數(shù)越多整流變壓器的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，體積越大，變流器的控制和保護(hù)變得困難， 成本增加 （小編認(rèn)為： 一級 負(fù)荷必須配備，二級負(fù)荷理應(yīng)配備）。b.b.脈寬調(diào)制法：脈寬調(diào) 制技術(shù)的基本思想是控制 PWMPWM 輸出波形的各個轉(zhuǎn)換時刻， 保證四分之一波形的對稱性。 （ 5 5）在諧波源處吸收諧波電流 這類方法是對已有的諧波進(jìn)