我國電能質(zhì)量面臨的壓力主要來自兩方面,一是諧波污染日趨嚴重,二是工業(yè)設備、居民用戶對電能質(zhì)量有了更高更嚴格的要求。
2.是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波:輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波,由于變壓器鐵心的飽和,磁化曲線的非線性,加上設計變壓器時考慮經(jīng)濟性,其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上,這樣就使得磁化電流呈尖頂波形,因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵心的飽和程度有關(guān)。鐵心的飽和程度越高,變壓器工作點偏離線性越遠,諧波電流也就越大,其中3次諧波電流可達額定電流0.5%。
無源濾波器由LC等被動元件組成,將其設計為某頻率下極低阻抗,對相應頻率諧波電流進行分流,其行為模式為提供被動式諧波電流旁路通道;而有源濾波器由電力電子元件和DSP等構(gòu)成的電能變換設備,檢測負載諧波電流并主動提供對應的補償電流,補償后的源電流幾乎為純正弦波,其行為模式為主動式電流源輸出。
3.是用電設備產(chǎn)生的諧波:晶閘管整流設備。由于晶閘管整流在電力機車、鋁電解槽、充電裝置、開關(guān)電源等許多方面得到了越來越廣泛的應用,給電網(wǎng)造成了大量的諧波。我們知道,晶閘管整流裝置采用移相控制,從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波,從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波,顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路,在接感性負載時則含有奇次諧波電流,其中3次諧波的含量可達基波的 30%;接容性負載時則含有奇次諧波電壓,其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈整流器,變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流;如果是12脈沖整流器,也還有11次及以上奇次諧波電流。經(jīng)統(tǒng)計表明:由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近40%,這是最大的諧波源。
由于設備自身產(chǎn)生的接地電流在設備和真實地之間會引發(fā)一個電壓降,當噪聲頻率比較高的時候,很容易噪聲計算機電子設備、PLC、電機電器等電腦死機。
開關(guān)電源設備應用很廣,它的工作原理是先把交流整流成直流,通過開關(guān)管控制變壓器初級電流的開通和關(guān)閉,從而在變壓器二次側(cè)感應出電流,供給用電設備。此外,開關(guān)電源的頻率比較高一般在40kHz左右,不僅在整流時產(chǎn)生諧波,而且在開關(guān)管開閉時,反射40kHz左右的波至電源。這類用電設備同樣是單臺容量不大,但它是應用面最廣、量最大的非線性用電設備,它還有一定量的三次諧波,造成配變的中心線電流居高不下,而且三次諧波還會通過配變污染到10kV電網(wǎng)。