低压供电系统谐波分析

作者：陈学林，邱倬     来源：     发表时间：2006-03-05     浏览次数： 120    字号：大  中  小

摘　要：对目前应用日益广泛的电力电子设备，非线性负荷设备整流系统所造成的低压馈电系统谐波畸变问题作了分析，并探讨了理论分析方法及解决方案。

关键词：低压供电系统；谐波分析；检测；等效电路 

0　前言

　　电力电子整流技术和非线性负荷设备的大量使用，电力系统中对电压质量的要求越来越高，同时，因高次谐波引起的故障也日益增多，但日常处理的电气量大部分是基于基波（50HZ），二次记录仪表大多数是指示基波量，没有谐波管理。这样就难以估计谐波，而其原理与基波有所不同。此外，配电系统内连接的设备，对谐波有何种耐受能力，明确的不多，故应对谐波的基本特性作技术分析，以应对因谐波所引起的故障。

1　关于谐波问题

1．1　谐波

　　谐波是在周期性的复合波各成分中除基波以外的波。二次谐波是指具有基波一倍频率的波，以此类推。而非正弦的周期性复合波则可确切地称为“畸变波”，另一方面，畸变波可分解为一个基波及具有整数倍频率的谐波，也就是说，任何周期性的波形都可由基波和谐波得到。

1．2　谐波是一种叠加在基波上的电力电路现象

　　众所周知，叠加在基波上的电力电路现象基本上有各种过渡现象，如冲击波及电晕等。但谐波通常是一种叠加在基波上的稳定现象。尽管与上述现象有所不同，但可以通过基尔霍夫定律和欧姆定律来处理。

1．3　要将谐波看成是电流源

在SCR整流装置中，输入纯正弦电压，测试输入电流波形，此负荷作为非线性负载，电流波形是畸变波，其中包含有一个基波电流和高次谐波分量。若处理其中的基波，根据欧姆定律，从电压和负载就可求得电流，因而是电压源问题，谐波的绝对值和相位取决于整流器的接线和控制方式等，但当其成为电流发电机之后，其电流单方向流入电源侧，因而是电流源回路。为进一步了解谐波问题的本质，须应用电流源概念。

1．4　将谐波作为阻抗分流回路看待

电流源回路的计算可根据基尔霍夫定律，如图1所示：

从中可以看出：

（1）谐波电流容易流向阻抗小的一方；

（2）Zsn或Zcn的任一方为负时，谐波呈扩张振荡。

据此，单方向流入电流侧的谐波电流，其流动受到被测系统阻抗大小的，由于阻抗随频率而变化，因此，对产生的所有谐波，这种计算是必要的，实际回路的波形是由一个基波和按此方法得到的高次谐波瞬时值合成的波形。

以上说明，基波和谐波在回路内的作用可能很不相同，这就是必须对谐波进行检测的主要根据。

1．5　低压供电系统谐波分析及处理方法

　　谐波处理的问题有以下三个方面：（1）谐波发生源；（2）被测回路阻抗；（3）设备谐波耐受量。

对（1）项，采用价格昂贵的设备，在现阶段没有意义，对（3）项，很多设备没有耐受量的指标，况且根本不能改善系统的畸变，所以表征谐波特性的因素是第（2）项，如果发生谐波给该回路带来的畸变程度将随被测回路的阻抗大幅度变化，用图2及等值电路（图3）计算n次谐波电流。