在电力系统中,非线性的负载是导致谐波产生的根本原因,当电流流过负载时,与所加的电压不呈线性关系,于是就形成了非正弦电流,所以就有了谐波的产生。本文主要讨论了谐波的次数不能是个非整数。由谐波的定义可知,谐波的次数一定是正整数,国内的电力系统电制:额定的频率为50HZ,2次的谐波是100HZ,3次谐波是150Hz;而欧美国家的电力系统额定的频率是60HZ,基波就是60Hz,2次谐波是120 Hz,3次谐波是180Hz。事实说明了谐波的次数不能是个非整数,所以也不允许存在非整数的谐波。
1.3 谐波数学定义
通常情况下,供用电的电力系统中,把电网稳态时的交流电压以及交流的电流为正弦形的波形。进行谐波的分析时,正弦电压普遍数学表示为[5]:
(1.1)
其中,U指的是电压的有效值, 初相角, 角频率。
正弦的电压一般施加于线性的无源元器件上,如:电感、电阻、电容上,电压和电源分别是是积分、比例、微分关系,且是相同频率正弦波。正弦形的电压施加于非正弦的电路时,电流就会变成非正弦的波,这样非正弦的电流会在电网的阻抗上将会产生一定的压降,导致电压的波形畸变成为非正弦的波。于是,非正弦的电压加在线性的电路上时,电流也为非正弦波。
谐波分析理论中任何的周期性波都能由傅立叶级数的形式分解,将这种理论分析称之为谐波分析或者频域分析。谐波分析是一种用以计算周期性的畸变波形基波,谐波幅值,谐波相角基本的方法。周期为 的非正弦形的电压 ,通常符合狄力赫利条件,按照傅立叶级数分解成如下形式:
(1.2) (n=1, 2, 3……)
在傅立叶级数的式子中可以发现频率的分量为谐波,就以非正弦形的电压为例,频率为1/T的分量即为基波,谐波次数大于1,是谐波频率,基波频率整数比。对非正弦形的电流的情况也完全适用。
1.4 谐波产生的危害
由于谐波电流,谐波电压的出现,污染了公用电网,恶化了其它用电设备的应用环境,将会导致一系列的故障以及事故[6]。如今电力电子设备越来越广泛的应用在工业和商业上,如:变频调速设备、整流器、不间断电源UPS、计算机、电视机等。这些非线性负荷在给人们的生活和生产带来便利的同时,也会产生大量的谐波注入电网中,从而导致电压波形畸变,电能质量下降,并危害电网及电网中的其他设备。具体危害如下:
(1)谐波造成了供电网损耗的增加[7]
趋肤效应和邻近效应的影响,又由于谐波电流产生的发热高得多,所以导致导线上与均方根电流相比较容易产生预期发热,导线内部实际上电流很小,电流集中在临近导线外表的一薄层。结果使它的电阻增加。导线电阻的增加,使它的损耗功率也增加。而邻近效应是由于通电导线周围的磁场使其内部的电流发生畸变。从三相四线制配电网向单相的电力负荷设备供电时,中性线导线上会产生非正常的高电流,从而引发中性线过负荷。综上所述,只要有谐波电流,就会增加电力电网中谐振的可能,从而产生过电流或者过电压,增加附加损耗,最终导致事故发生的几率增加。
(2)谐波引起谐振,谐波电流的放入[8]
在负载处并联电容能补偿负载产生的无功功率,从而提高功率因数,因此在变电所中通常安装并联的电容器是为了提高系统的电压水平,在工频时,因为电容器的容抗比电力系统的感抗大很多,所以不会产生谐振。但,对于谐波频率来说,系统的感抗增加,容抗减小,会导致并联,串联谐振的可能性。 供电系统误动作机理分析+ETAP仿真(3):http://www.751com.cn/tongxin/lunwen_1565.html