關(guān)于電力系統(tǒng)諧波

關(guān)于電力系統(tǒng)諧波
　　洪佩孫

（河海大學(xué)　南京　210098）　　

　　供電電壓之波形是供電質(zhì)量之一項重要指標(biāo)[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。向用戶供電之電壓應(yīng)為正弦波，當(dāng)供電電壓不是正弦波時，就稱為電壓發(fā)生畸變，畸變之程度可用諧波含量來定量表示[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
　　諧波概念之提出為分析非正弦量提供了有效之手段[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。從理論上說，用諧波概念分析非正弦波性質(zhì)是用“頻域”之特性表示方法代替“時域”之特性表示方法[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。采用基于迭加定理之諧波分析方法為分析電力系統(tǒng)在非正弦電壓和電流作用下之行為提供了很大之方便[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。例如，將非正弦波分解為諧波后，就可對系統(tǒng)阻抗進(jìn)行定義[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。但是，電力系統(tǒng)之諧波分析方法涉及很多基本概念，如不能掌握這些概念，就會招至困惑，甚至導(dǎo)致錯誤結(jié)論[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。本文將對以下幾個有關(guān)電力系統(tǒng)諧波之問題作出說明和解釋[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
　　（1）分析時認(rèn)為系統(tǒng)電源電勢是正弦變化之，即系統(tǒng)無諧波電勢[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
　　對“理想電機(jī)”而言，轉(zhuǎn)子繞組電流所產(chǎn)生之磁勢，括阻尼繞組電流所產(chǎn)生之磁勢和定子繞組電流產(chǎn)生之反應(yīng)磁勢沿空間之分布均為正弦之[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。所以同步電機(jī)定子繞組中之電勢，不論以同步電勢或是暫態(tài)（次暫態(tài)）電勢表示，均是正弦時變之，無諧波分量[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
　　實際上，同步電機(jī)在結(jié)構(gòu)上采用分裂和短距繞組，消除了一些主要之非零序性質(zhì)之諧波，又采用線電勢輸出方式，消除了零序性質(zhì)諧波之影響，因此可以認(rèn)為同步發(fā)電機(jī)不向系統(tǒng)送出諧波電勢[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
　　（2）系統(tǒng)電壓、電流中諧波分量之產(chǎn)生[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。如何在具有非線性特性元件之電路中應(yīng)用富氏分解法[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。系統(tǒng)中諧波電壓和電流是因系統(tǒng)中非線性元件之存在而產(chǎn)生之[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
　　這里所指非線性元件首先是括電弧一類伏安特性為非線性之負(fù)荷，其等效阻抗為非線性，還括參數(shù)隨時間而變（時變）之受控元件，如由晶閘管控制之電氣設(shè)備等[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。凸極同步機(jī)，由于其d·q軸方向磁阻不等，對在其中形成反向旋轉(zhuǎn)磁場或固定磁場之定子電流而言，等值阻抗也是時變之，因而也是產(chǎn)生諧波之原因[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。所以，對所要分析之具有諧波電壓、電流之系統(tǒng)，從整體來說一般具有非線性特性[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
　　這樣，就出現(xiàn)一個概念性之問題：諧波分析法與對稱分量法一樣，只能運用于線性系統(tǒng)[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。能不能用諧波分析法，研究出現(xiàn)了電流和電壓畸變之系統(tǒng)？
　　為了能在實際系統(tǒng)中應(yīng)用諧波分析方法，需要做一些假定，將產(chǎn)生諧波之非線性元件從系統(tǒng)中分離出來，并看作是一個電流源，這樣一來，系統(tǒng)其余部分就是線性之，只要分析該電流源提供之電流在系統(tǒng)線性部分之流動清況[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。可以利用迭加定理分別研究各次諧波影響，彼此相互不干涉[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。自然，采用這一假定時，仍會有困難，即如何求解電流源[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。實用上可作一個假定，認(rèn)為諧波電流是在正弦恒定端電壓下產(chǎn)生之，也可根據(jù)實測求解[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
　　圖1表明系統(tǒng)諧波分布情況[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。非線性負(fù)載以恒定電流源In表示[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。他向系統(tǒng)送出恒定之n次諧波電流In[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。系統(tǒng)阻抗為對n次諧波之阻抗，In在相應(yīng)阻抗上之壓降即為相應(yīng)點之諧波電壓Un，對a點而言Una＝InZn，Zn為自a點看之系統(tǒng)總阻抗[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。所以系統(tǒng)電源阻抗愈大，Un愈大，諧波對供電質(zhì)量影響愈大[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
　　圖2為采用無源濾波器消除諧波對系統(tǒng)影響之情況[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。無源濾波器F吸收諧波電流IFn，使流入系統(tǒng)之諧波電流減小，Una降低[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。

　　圖3為采用有源濾波器之情況，有源濾波器產(chǎn)生－In注入系統(tǒng)，抵消了非線性負(fù)載向系統(tǒng)送出之諧波電流[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。

　　（3）實測之諧波往往是連續(xù)頻譜[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
　　從富氏分解法可知，周期性非正弦函數(shù)諧波次數(shù)是整數(shù)倍[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。非周期之非正弦函數(shù)含之諧波頻譜是連續(xù)之，有分?jǐn)?shù)諧波[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。如諧波電流是由波動性非線性負(fù)荷產(chǎn)生，例
如電弧煉鋼爐負(fù)載，則除有整數(shù)諧波外，尚有分?jǐn)?shù)諧波電流[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。這一現(xiàn)象在諧波測量和諧波抑制時應(yīng)加以注意[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
　　（4）三相系統(tǒng)諧波之“寄生性”與諧波之對稱分量[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
　　由于實際系統(tǒng)之諧波電流是系統(tǒng)對稱正弦電勢在非線性負(fù)載上產(chǎn)生之，所以三相系統(tǒng)之各相諧波電流是迭加在各相基頻電流上[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。因此，對n次諧波電流In有　　
    Ina＝Inaejnω
    Inb＝Inbejn（ω－120°）＝Inbejnω·e-j120°·n
    Inc＝Incejn（ω－240°）＝Incejnω·e-j240°·n
    當(dāng)Ina＝Inb＝Inc時，有
    Ina＝In·ejnω·ej0·n
    Inb＝In·ejnω·e-j120°＝Ina·e-j120°·n
    Inc＝In·ejnω·e-j240°＝Ina·e-j240°·n

　　可以看出，當(dāng)n為不同值時，In只由諧波之一種對稱分量構(gòu)成，如表1所示[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。

　　所以三相電流畸變相同時，各次諧波中只含一種對稱分量，頻率為nω[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
　　如三相電流畸變不同，則各次諧波含幾種諧波對稱分量[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。不對稱負(fù)載如無中線引出，則無零序分量[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。

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