高次谐波的各个场合出现
电力系统中的谐波来自电气设备,也就是说来自发电设备和用电设备。由于发电机的转子产生的磁场不可能是完善的正弦波,因此发电机发出的电压波形不可能是一点不失真的正弦波。目前我国应用的发电机有两大类:隐极机和凸极机。隐极机多用于汽轮发电机,凸极机多用于水轮发电机。
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。
常规有源滤波最高处理谐波2-65次无法消除高次谐波危害;ZRsineH谐波保护器正是针对用户侧高次谐波(2kHz-2OMHz)的污染,为用电设备提供谐波保护,改善越来越恶劣的电能质量的设备,谐波保护器采用了超微晶合金材料与创新科技的特别电路,对用电设备产生的随即用户侧高次谐波和高频噪声、尖峰脉冲等干扰具有抑制和吸收作用;随时跟踪电源波形,瞬时滤除电源中的尖峰、用户侧谐波、杂波,矫正因谐波影响而产生畸变的电源波形;对噪声进行消化,改善电源波形,使电网电源波形变得光滑清洁,即提高了电网质量,又保证了仪器设备的正常运行。
有源滤波器主要是治理电流谐波,有源滤波器同无源滤波器比较,治理效果好,主要可以同时滤除多次及高次谐波,不会引起谐振,但是价位相对高。如图所示为有源滤波结构图。
交流整流直流用电设备的谐波产生的原因是由于整流设备有一个阀电压,在小于阀电压时,电流为零。这类用电设备为了提供平稳的直流电源,在整流设备中加入了储能元件(滤波电容和滤波电感),从而使阀电压提高,加激了谐波的产生量。为了控制直流用电设备的电压和电流,在整流设备中应用了可控硅,这使得该类设备的谐波污染更严重,而且谐波的次数比较低。
无源滤波器由LC等被动元件组成,将其设计为某频率下极低阻抗,对相应频率谐波电流进行分流,其行为模式为提供被动式谐波电流旁路通道;而有源滤波器由电力电子元件和DSP等构成的电能变换设备,检测负载谐波电流并主动提供对应的补偿电流,补偿后的源电流几乎为纯正弦波,其行为模式为主动式电流源输出。
据前瞻产业研究院发布的《中国电能质量治理产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》分析,近年来,电能质量治理产品市场需求容量不断扩大,增长强劲。其中,无功补偿装置与谐波治理两大主要产品市场发展最为迅猛,产品质量和数量都有大幅提升。
对于谐波分量而言,隐极机优于凸极机,但随着科技进步,可控硅、IGBT等电子励磁装置的投入,使发电机的谐波分量有所上升。当发电机的端电压高于额定电压的10%以上时,由于电机的磁饱和,会使电压的三次谐波明显增加。同样在变压器的电源侧电压超过额定电压10%以上时,也会使二次侧电压的三次谐波明显增加。由于电网电压偏移在±7%以下,所以发电、变电设备产生的谐波分量都比较小,比国家的考核标准低的多,因此发电、变电设备不是影响电网电压波形方面质量的主要矛盾。