諧波電壓產(chǎn)生原因

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種變頻器、開關(guān)電源、UPS和電子鎮(zhèn)流器等電力電子裝置應(yīng)用日益增多，它們所產(chǎn)生的電網(wǎng)諧波污染引起了人們的重視。上述電力電子裝置的整流電路直流側(cè)均采用大電容進(jìn)行濾波，因此，這類電力電子裝置從本質(zhì)上講屬于電壓源型諧波源，在這個(gè)諧波電壓源作用下，其交流側(cè)輸入電流波形會(huì)有嚴(yán)重畸變，使大量的諧波電流注入電網(wǎng)，給電力系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的諧波污染 。

目前用來檢測(cè)諧波的方法中應(yīng)用較多的有窄帶濾波器選頻法和快速傅立葉分解法，但前者硬件實(shí)現(xiàn)困難而且該方法也有許多缺點(diǎn)，如濾波器的中心頻率對(duì)元件參數(shù)十分敏感，受外界環(huán)境影響較大，難以獲得理想的幅頻特性和相頻特性，精度難以保證；后者計(jì)算算法復(fù)雜，會(huì)產(chǎn)生頻譜泄漏誤差，不同頻率的諧波之間也有干擾，并且當(dāng)電壓波形畸變時(shí)將帶來較大的非同步采樣誤差，對(duì)高次諧波的檢測(cè)精度影響較大 。

輸電和配電系統(tǒng)是運(yùn)行在固定頻率的正弦波電壓和電流波形下，但是當(dāng)非線性負(fù)荷—如晶閘管整流器、變頻器和電弧爐接入系統(tǒng)后，會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流，從而導(dǎo)致電壓和電流的畸變，諧波濾波器是抑制電網(wǎng)電壓和電流畸變的最好辦法 ，諧波濾波器使電力電源更加強(qiáng)壯。

諧波畸變

諧波畸變問題正日益增長為公共問題，具有諷刺意味的是諧波的產(chǎn)生可以追溯到“電子革命”。現(xiàn)代電力電子控制設(shè)備比傳統(tǒng)控制有很多優(yōu)勢(shì)，被廣泛地用于工業(yè)系統(tǒng)，但是它最大的弊端就是也會(huì)產(chǎn)生大量的諧波。

問題主要由3次、5次、7次、11次和13次諧波引起。

高頻諧波電流常常會(huì)產(chǎn)生意想不到的問題：會(huì)使變壓器、電纜和其它電力元件產(chǎn)生附加熱損耗；造成控制、保護(hù)和測(cè)量系統(tǒng)的功能異常，通信和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)也因此受到諧波干擾。

當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)有無功補(bǔ)償電容器時(shí)問題尤其嚴(yán)重，因電容器組和系統(tǒng)自身的電感可能在某個(gè)諧波頻率下形成并聯(lián)諧振回路，造成諧波的放大，使諧波電壓超過了大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合的允許值。

隨著無功功率電費(fèi)的增加，采用無功補(bǔ)償變?yōu)榻?jīng)濟(jì)上的必要。無功補(bǔ)償設(shè)備的投資通過減少電費(fèi)成本僅在12~36個(gè)月就可以收回。在許多國家，涉及供電質(zhì)量的法規(guī)都嚴(yán)格規(guī)定了畸變量的允許值限制。

濾波器保持系統(tǒng)“純凈”

諧波濾波器組是解決電壓、電流畸變問題的最佳方案。由電容器、電抗器和電阻組成的濾波器回路向諧波提供了一個(gè)電網(wǎng)以外的低阻抗通道，畸變可以減小到一個(gè)要求的水平?？梢圆捎脝握{(diào)諧、雙調(diào)諧和高通濾波器組。對(duì)于基波頻率（50或60Hz）來說，濾波器如同電容器向電網(wǎng)提供無功功率，是一個(gè)傳統(tǒng)意義上的電容器組 。

在諧波分析中我們把諧波源分為電流型諧波源和電壓型諧波源。一般來說,，電流型諧波源的內(nèi)阻抗比系統(tǒng)阻抗大的多, 而電壓型諧波源的內(nèi)阻抗比系統(tǒng)阻抗小的多。直流側(cè)電感濾波的整流器屬于電流型諧波源，而直流側(cè)電容濾波的整流器屬于電壓型諧波源。對(duì)這兩種諧波源產(chǎn)生的諧波要用不同類型的有源電力濾波器來補(bǔ)償。

對(duì)于諧波電壓源，直流側(cè)是電容濾波的整流器,，因其直流側(cè)電壓Uc基本為恒值,并通過各半導(dǎo)體開關(guān)器件的切換加到交流側(cè)， 因此，此類諧波源產(chǎn)生的諧波電壓主要由直流側(cè)本身的特性決定，基本上與交流側(cè)參數(shù)無關(guān)，有類似電壓源的性質(zhì)， 可以用一個(gè)理想諧波電壓源與一個(gè)等效阻抗幾串聯(lián)來等效。濾波電容C 越大， 等效阻抗瓦就越小, 諧波源特性就越接近理想諧波電壓源。當(dāng)C 足夠大時(shí)， 則可以看成是理想諧波電壓源。因此，直流側(cè)是電容濾波的整流器可以看成電壓型諧波源。

電壓諧波畸變率以各次諧波電壓的均方根值與基波電壓有效值之比的百分?jǐn)?shù)來表示。

電壓諧波畸變率THDu=√（U2*U2 U3*U3 ... Un*Un）*100%/ U1

式中Un--第n次諧波電壓有效值，U1--基波電壓有效值，