電力系統(tǒng)中的諧波問題分析

　　諧波是指正常電流波形的一種失真，一般是由非線性負(fù)載發(fā)射的。開關(guān)模式電源(SMPS)、調(diào)速電機及驅(qū)動、復(fù)印機、個人電腦、激光打印機、傳真機、電池充電器以及UPS等都屬于非線性負(fù)載。單相非線性負(fù)載在現(xiàn)代辦公大樓中較為常見，而三相非線性負(fù)載則普遍存在于工廠和工業(yè)車間里。

　　多數(shù)配電系統(tǒng)上的大部分非線性電力負(fù)載來自SMPS設(shè)備。比如，所有計算機系統(tǒng)使用SMPS把市電交流電壓轉(zhuǎn)換為供內(nèi)部電子設(shè)備使用的穩(wěn)定低壓直流電。這些非線性電源會產(chǎn)生高振幅短脈沖電流，造成電流和電壓波形嚴(yán)重失真——諧波失真，一般按總諧波失真(THD)衡量。該失真向后傳播回到電源系統(tǒng)，將影響連接在同一電源上的其他設(shè)備。

　　多數(shù)電力系統(tǒng)可以容忍一定程度的諧波電流，但當(dāng)諧波在總負(fù)載中所占比例較為明顯時就會出現(xiàn)問題。隨著這些頻率較高的電流流經(jīng)電力系統(tǒng)，它們會造成通信錯誤、過熱和硬件受損，比如：

　　配電設(shè)備、電纜、變壓器、備用發(fā)電機等過熱

　　諧波阻抗造成的高電壓和環(huán)流

　　發(fā)熱并浪費電能的高中性線電

　　因電壓失真嚴(yán)重導(dǎo)致設(shè)備故障

　　增大了連接設(shè)備中的內(nèi)部能耗，造成元器件失效并縮短使用壽命

　　支路斷路器偽跳閘

　　計量錯誤

　　配線和配電系統(tǒng)失火

　　發(fā)電機失效

　　高振幅系數(shù)及有關(guān)問題

　　降低系統(tǒng)功率因數(shù)，導(dǎo)致可用功率減小(kW對kVA)和每月電費處罰

　　諧波技術(shù)概覽

　　諧波是頻率達基頻整數(shù)倍的電流或電壓。如果基頻為60Hz，那么第2諧波為120 Hz，第3諧波為180 Hz等(見圖1)。當(dāng)諧波頻率占主導(dǎo)時，配電盤和變壓器會與高頻諧波產(chǎn)生的磁場形成機械共振。發(fā)生這種情況時，配電盤或變壓器會振動并針對不同諧波頻率發(fā)出蜂鳴聲。第3到第25諧波頻率是配電系統(tǒng)中最為常見的頻率范圍。

　　圖1 電流波形的諧波失真