近年,随着知识经济与信息时代的到来,电子计算机、精密医疗仪器、微处理器以及其它数字化电子设备应用日益普遍;电子计算机、微处理器以及其他电子仪器设备普遍存在对供电电源的谐波质量要求很高的特点,由于高次谐波的存在,使得这些高灵敏的电子系统中运行时,经常出现程序运行错误、数据错误、时间错误、死机、无故重新启动甚至造成用电设备永久性损坏,给人们的工作和日常生活造成了巨大损失。一般设备在“瞬变”发生频次20万次/小时状态下工作,电子设备寿命会缩短40%,电机设备寿命会缩短30%,照明设备寿命会缩短35%~45%据统计,电子设备的故障有75%是由于瞬变和浪涌造成的。基本上每当一个电感性负荷被切断时,就会有比正常电压的峰值高很多倍的用户侧高次谐波产生。
(1)SVC可以被看成是一个动态的无功源。根据接入电网的需求,它可以向电网提供容性无功,也可以吸收电网多余的感性无功,把电容器组通常是以滤波器组接入电网,就可以向电网提供无功,当电网并不需要太多的无功时,这些多余的容性无功,就由一个并联的电抗器来吸收。电抗器电流是由一个可控硅阀组控制,借助于对可控硅触发相角的调整,就可以改变流过电抗器的电流有效值,从而保证SVC在电网接入点的无功量正好能将该点电压稳定在规定范围内,起到电网无功补偿的作用。 SVG具有电流源的特性,输出容量受母线电压的影响很小。这一优点使SVG用于电压控制时具有很大的优势,系统电压越低,越需要动态无功调节电压,SVG的低电压特性好,输出的无功电流与系统电压没有关系,可以看作是一个可控恒定的电流源,系统电压降低时,仍能输出额定无功电流,具备很强的过载能力;而SVC是阻抗型特性,输出容量受母线电压的影响很大,系统电压越低,输出无功电流的能力成比例降低,不具备过载能力。因此SVG的无功补偿能力与系统电压无关,而SVC的无功补偿能力随系统电压的下降线性降低。开关电源设备应用很广,它的工作原理是先把交流整流成直流,通过开关管控制变压器初级电流的开通和关闭,从而在变压器二次侧感应出电流,供给用电设备。此外,开关电源的频率比较高一般在40kHz左右,不仅在整流时产生谐波,而且在开关管开闭时,反射40kHz左右的波至电源。这类用电设备同样是单台容量不大,但它是应用面最广、量最大的非线性用电设备,它还有一定量的三次谐波,造成配变的中心线电流居高不下,而且三次谐波还会通过配变污染到10kV电网。
如图所示,针对可控硅整流电源型谐波源,设置了5、7、11次单调谐滤波支路。由于特定次数的谐波电流值与所流经支路谐波阻抗成反比,谐波源产生的谐波电流中,80~90%流经滤波支路,只有10~20%的谐波电流注入系统,起到很好的谐波滤除效果。
高次谐波的各个场合出现
此外,弧电流的波形还有一定的非对称性。正是由于弧电流是非正弦波,造成电弧加热设备对电网的谐波污染比较大,而且多为18次以下的低次谐波污染。其实电焊机在上世纪四、五十年代已广泛应用。由于当时电弧加热设备量少,电焊机应用的同时率就更小了,对整个电网的影响比较小,但发现在烧电焊时,局部低压电网的电压和电流变化很大,有较大的谐波影响。
SVC利用可控硅控制电抗器的等效基波阻抗,不仅受到系统谐波影响大,而且自身会产生大量的谐波,必须配套采用滤波器组,滤除SVC自身产生的谐波含量;SVG采用三电平单相桥技术,单相可输出5电平电压波形,采用载波移相的脉冲调制方法,不仅受系统谐波影响小,还可以抑制系统的谐波。与SVC相比,SVG采用多重化、多电平或脉宽调节技术等措施后,大大减少了补偿电流中的谐波含量。