波形畸變與電力諧波

1、波形畸變與電力諧波摘要：如今在現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)中，因?yàn)閷?duì)一些電子裝置使用不夠合理，便會(huì) 造成非線性負(fù)荷現(xiàn)象的產(chǎn)生，使得諧波出現(xiàn)。諧波的產(chǎn)生在很大程度上存在一定 的危害性。諧波對(duì)周圍的電氣環(huán)境帶來了較大的污染。理想的電力系統(tǒng)要求頻率 單一，電壓出現(xiàn)波形畸變，電力諧波就會(huì)影響電網(wǎng)內(nèi)的正常運(yùn)行。我國(guó)正處于電 力能源快速發(fā)展的過程中，正確認(rèn)知波形畸變和電力諧波存在的問題，有效抑制 電力諧波發(fā)生是電力生產(chǎn)新能源建設(shè)的重點(diǎn)目標(biāo)。本文以波形畸變和電力諧波的 研究為主分析闡述了波形畸變的基本形態(tài)和電力諧波抑制過程中的主要技術(shù)。關(guān)鍵詞：電源波形畸變；原因；治理；措施刖言電源波形畸變是電力系統(tǒng)中一個(gè)重要的問題。電

2、源波形畸變是因?yàn)殪o態(tài)整流 器產(chǎn)生的波形畸變。高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展對(duì)整流器諧波問題產(chǎn)生了一定影響， 大容量電力設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)和電力系統(tǒng)控制中廣泛應(yīng)用，諧波問題日益嚴(yán)重，在 諧波治理上國(guó)內(nèi)外開展了大量的研究。電力系統(tǒng)諧波抑制對(duì)于電力系統(tǒng)的健康發(fā) 展有著至關(guān)重要的作用。電力系統(tǒng)諧波和用電設(shè)備的諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生了一定變 化，在實(shí)施波形畸變研究和電力諧波控制的過程中，需要運(yùn)用新技術(shù)和新方法， 更要引進(jìn)新鮮的理念來正確面對(duì)電源波形。在諧波抑制問題上采用硬件裝置和軟 件技術(shù)來共同推進(jìn)諧波治理的系統(tǒng)化建設(shè)。一、波形畸變內(nèi)容解析波形畸變主要是指穩(wěn)態(tài)偏離公平理想正弦波形，特征可以采用頻譜分布來表 示。波形畸變的

3、出現(xiàn)主要還是因?yàn)榉蔷€性設(shè)備引起的，因?yàn)榻?jīng)過非線性設(shè)備的電 流和加在一起上的電壓不能夠很好的形成正比例關(guān)系，造成波形畸變產(chǎn)生。產(chǎn)生 波形畸變主要因?yàn)閷?shí)際的信道存在干擾，出現(xiàn)傳輸特性失真。比如由于通信設(shè)備 產(chǎn)生干擾或者人為產(chǎn)生噪聲疊加到信道的輸入端，導(dǎo)致信道干擾發(fā)生，線性濾波 器頻率變換，電路產(chǎn)生干擾，信道衰減函數(shù)發(fā)生變化。信道的頻率傳遞函數(shù)幅頻 特性不是常數(shù)，信道輸出端的加性干擾與信號(hào)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，其他信道疊加干擾。比 如，因?yàn)槠渌l(fā)射機(jī)的干擾使得內(nèi)部系統(tǒng)改變。信道頻帶受限，因?yàn)樾诺赖膶拵?的有限的的，但是系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)的頻率往往又比較寬，這樣以來便會(huì)出現(xiàn) 頻道受限。波形畸變是通訊系統(tǒng)由發(fā)送設(shè)備

4、信道和接收組成后，傳輸信道發(fā)生信 號(hào)通路線路發(fā)生的問題，信號(hào)受限制，傳輸媒介不同，有線信道和無線信道的情 況不同，在產(chǎn)生傳輸過程中，波形發(fā)生了一定變化。二、電源波形畸變產(chǎn)生的原因波形畸變的出現(xiàn)主要還是因?yàn)榉蔷€性設(shè)備引起的，因?yàn)榻?jīng)過非線性設(shè)備的電 流和加在一起上的電壓不能夠很好的形成正比例關(guān)系，造成波形畸變產(chǎn)生。對(duì)于 吸收的畸變電流一般分為兩種，一種是基波，一種是一系列的諧波分量。諧波電 流值實(shí)際上與基波電壓值阻抗并沒有什么關(guān)聯(lián)，其中諧波源多數(shù)都是恒流源。諧 波的存在是因?yàn)楦鞣N電器設(shè)備以及電壓調(diào)節(jié)設(shè)備等產(chǎn)生的非線性負(fù)荷。同時(shí)，電 器的單向整流供電設(shè)施在產(chǎn)生大量諧波電流之外，還會(huì)在一定程度上對(duì)三相

5、交流 供電系統(tǒng)產(chǎn)生不平衡負(fù)荷和后續(xù)電流（見圖1）。這是因?yàn)檫@種負(fù)荷使得電力系 統(tǒng)的電壓或者電流發(fā)生畸變。電力設(shè)備和用電設(shè)備通訊線路發(fā)生干擾。圖1、信號(hào)流程圖電流波形基波電流等效值與總電流有效值，電流可以看出電流畸變是相當(dāng)嚴(yán)重的，如果整流器一個(gè)周期波數(shù)有變化，在理想情況下含有的次數(shù)就會(huì)有變化。 諧波存在整流器中的交流，同時(shí)側(cè)電源電壓波形并沒有完全的發(fā)生畸變，因?yàn)槠?衡的原因使得諧波以外的其他諧波產(chǎn)生了畸變，裝置會(huì)發(fā)生一定變化，整流器逆 變器產(chǎn)生的諧波或者是電弧電氣鐵道等負(fù)載的基波問題都會(huì)因?yàn)樨?fù)載而發(fā)生數(shù)值 上的變化。諧波并不是平白無故產(chǎn)生的，其產(chǎn)生會(huì)有一定的諧波源。諧波源也就是讓諧 波產(chǎn)生的一些

6、非線性用電設(shè)備。一般是變壓器和電抗器鐵芯設(shè)備諧波電流有明顯 的特點(diǎn)。一般情況下，變壓器中的諧波電流配電變諧波問題相對(duì)比較嚴(yán)重一點(diǎn)， 大量的三級(jí)三倍諧波電流存在于變壓器之中。對(duì)于電能質(zhì)量的提升是供電系統(tǒng)必須要重視的和解決的問題，想要實(shí)現(xiàn)電能 質(zhì)量的提高，那么就要把諧波控制好，把諧波治理好，把諧波中含有率和總諧波 畸變率控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)，同時(shí)，畸變波形的畸變指標(biāo)主要是指諧波含有率 和總諧波畸變率（見圖2）。對(duì)于某一次諧波分量的多少進(jìn)行總結(jié)便是我們所說 的諧波含有率，基波變率便是看基波波形偏離正弦波的程度。諧波是周期性電氣 量的正弦波，同時(shí)分量頻率是激波頻率的整數(shù)倍，也是基波頻率的整數(shù)倍。圖2、

7、畸變波形三、電力系統(tǒng)諧波治理的主要措施（一）預(yù)防控制措施電力系統(tǒng)出現(xiàn)諧波會(huì)導(dǎo)致一些不正?，F(xiàn)象，出現(xiàn)諧波引起設(shè)備附加耗能降低 或者提高，對(duì)電容組影響較大，加速絕緣老化，對(duì)通信系統(tǒng)造成干擾。采取控制 措施就是為了抑制或者緩解諧波產(chǎn)生的壓力。在電力系統(tǒng)中，做好預(yù)防性措施是 必不可少的，但是預(yù)防性措施是需要相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行支持，比如變壓器以及電容 器等一些供電設(shè)備。要想最大限度的降低諧波帶來的危害，那么就要增加整流器 脈動(dòng)數(shù)來對(duì)電力諧波進(jìn)行有效限制。預(yù)防性措施有利于諧波減少污染。從硬件方 面考慮，治理的方式有利于電力系統(tǒng)提高技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)。（二）電力諧波治理的補(bǔ)償性措施在供電系統(tǒng)條件下，用電負(fù)荷出現(xiàn)非正數(shù)

8、的周期性電流波動(dòng)，諧波干擾了電 力系統(tǒng)的運(yùn)行，電力系統(tǒng)受到諧波干擾之后，暫態(tài)波形呈現(xiàn)不規(guī)則變化，導(dǎo)致用 電系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，電力電子元件需要克服諧波的問題。對(duì)諧波進(jìn)行治理是電力系統(tǒng)發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)，采用的補(bǔ)償性措施，主要是使 應(yīng)用濾波器改變窺見參數(shù)，重構(gòu)電容器的安裝位置避免諧振發(fā)生。無源電力濾波 器應(yīng)用在大量的工程中，采用若干組單調(diào)濾波器（見圖3）或者一組高通濾波器 配合使用方案（見圖4），在濾波器參數(shù)確定以后，濾波參數(shù)的最終確定，需要 結(jié)合濾波效果與無功補(bǔ)償功率進(jìn)行修正。過去使用是廣泛的抑制手段，按照諧波 次數(shù)專門制造存在的缺點(diǎn)就是濾波特性受參數(shù)影響較大，極易發(fā)生其他路的串

9、并 聯(lián)諧振，消除的方法是采用濾波無功補(bǔ)償進(jìn)行控制。例如諧波電流增大，濾波器 負(fù)擔(dān)加重，造成過載損害，設(shè)備有效材料消耗可以采用技術(shù)措施進(jìn)行掌控。和無 源濾波技術(shù)相比，有源濾波技術(shù)相對(duì)比較新，而且有源濾波技術(shù)很多的優(yōu)點(diǎn)。其 可以對(duì)電網(wǎng)元件實(shí)現(xiàn)適時(shí)補(bǔ)償增加，而且其濾波效果相對(duì)也比較好。有源濾波裝 置是一種高阻抗電流源，當(dāng)有源濾波裝置被接入系統(tǒng)一般情況下是不會(huì)產(chǎn)生影響 的，其比較適合規(guī)模化生產(chǎn)。有源濾波器和無源濾波器的優(yōu)勢(shì)不同在很多使用中 采用混合使用的方式。圖3圖3、單調(diào)諧波器圖4、高通濾波器結(jié)語波形畸變是電力系統(tǒng)中也是一種常見問題之一，對(duì)于波形畸變其產(chǎn)生主要還 是因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)中非線性設(shè)備造成的，當(dāng)

10、電壓不成正比的時(shí)候，那么這個(gè)時(shí)候流 過非線性設(shè)備的電流和加載器上的電壓便會(huì)是一種錯(cuò)誤的關(guān)系，便會(huì)造成波形畸 變產(chǎn)生。對(duì)諧波有清晰的認(rèn)知能夠有利于更好的明確電力系統(tǒng)存在的現(xiàn)實(shí)問題， 有利于在電力系統(tǒng)治理協(xié)調(diào)過程中能夠有一定的依據(jù)。在新的智能電網(wǎng)建設(shè)中， 諧波治理是一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容，需要在現(xiàn)實(shí)操作中，根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際情況采取一定的 方式，采用濾波裝置和無功補(bǔ)償技術(shù)來共同實(shí)現(xiàn)諧波抑制的良好效果。參考文獻(xiàn)：魏奎燁，張宏兵，宋新江，等.聲波透射法測(cè)樁波形畸變系數(shù)計(jì)算與分析J. 振動(dòng)、測(cè)試與診斷，2019，39（5）： 1098-1102.邵江艷，張?jiān)?，趙慶友，等.波形鋼腹板箱梁畸變應(yīng)力分析J .應(yīng)用數(shù)學(xué)和 力學(xué)，2019，40（10）： 1109-1121.韋明杰，張恒旭，石訪，等.基于諧