高次諧波的各個場合出現(xiàn)
電力系統(tǒng)中的諧波來自電氣設(shè)備,也就是說來自發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備。由于發(fā)電機的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場不可能是完善的正弦波,因此發(fā)電機發(fā)出的電壓波形不可能是一點不失真的正弦波。目前我國應用的發(fā)電機有兩大類:隱極機和凸極機。隱極機多用于汽輪發(fā)電機,凸極機多用于水輪發(fā)電機。
近年,隨著知識經(jīng)濟與信息時代的到來,電子計算機、精密醫(yī)療儀器、微處理器以及其它數(shù)字化電子設(shè)備應用日益普遍;電子計算機、微處理器以及其他電子儀器設(shè)備普遍存在對供電電源的諧波質(zhì)量要求很高的特點,由于高次諧波的存在,使得這些高靈敏的電子系統(tǒng)中運行時,經(jīng)常出現(xiàn)程序運行錯誤、數(shù)據(jù)錯誤、時間錯誤、死機、無故重新啟動甚至造成用電設(shè)備永久性損壞,給人們的工作和日常生活造成了巨大損失。一般設(shè)備在“瞬變”發(fā)生頻次20萬次/小時狀態(tài)下工作,電子設(shè)備壽命會縮短40%,電機設(shè)備壽命會縮短30%,照明設(shè)備壽命會縮短35%~45%據(jù)統(tǒng)計,電子設(shè)備的故障有75%是由于瞬變和浪涌造成的;旧厦慨斠粋電感性負荷被切斷時,就會有比正常電壓的峰值高很多倍的用戶側(cè)高次諧波產(chǎn)生。
常規(guī)有源濾波最高處理諧波2-65次無法消除高次諧波危害;ZRsineH諧波保護器正是針對用戶側(cè)高次諧波(2kHz-2OMHz)的污染,為用電設(shè)備提供諧波保護,改善越來越惡劣的電能質(zhì)量的設(shè)備,諧波保護器采用了超微晶合金材料與創(chuàng)新科技的特別電路,對用電設(shè)備產(chǎn)生的隨即用戶側(cè)高次諧波和高頻噪聲、尖峰脈沖等干擾具有抑制和吸收作用;隨時跟蹤電源波形,瞬時濾除電源中的尖峰、用戶側(cè)諧波、雜波,矯正因諧波影響而產(chǎn)生畸變的電源波形;對噪聲進行消化,改善電源波形,使電網(wǎng)電源波形變得光滑清潔,即提高了電網(wǎng)質(zhì)量,又保證了儀器設(shè)備的正常運行。
有源濾波器主要是治理電流諧波,有源濾波器同無源濾波器比較,治理效果好,主要可以同時濾除多次及高次諧波,不會引起諧振,但是價位相對高。如圖所示為有源濾波結(jié)構(gòu)圖。
交流整流直流用電設(shè)備的諧波產(chǎn)生的原因是由于整流設(shè)備有一個閥電壓,在小于閥電壓時,電流為零。這類用電設(shè)備為了提供平穩(wěn)的直流電源,在整流設(shè)備中加入了儲能元件(濾波電容和濾波電感),從而使閥電壓提高,加激了諧波的產(chǎn)生量。為了控制直流用電設(shè)備的電壓和電流,在整流設(shè)備中應用了可控硅,這使得該類設(shè)備的諧波污染更嚴重,而且諧波的次數(shù)比較低。
無源濾波器由LC等被動元件組成,將其設(shè)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(shè)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。
據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《中國電能質(zhì)量治理產(chǎn)業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》分析,近年來,電能質(zhì)量治理產(chǎn)品市場需求容量不斷擴大,增長強勁。其中,無功補償裝置與諧波治理兩大主要產(chǎn)品市場發(fā)展最為迅猛,產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量都有大幅提升。
對于諧波分量而言,隱極機優(yōu)于凸極機,但隨著科技進步,可控硅、IGBT等電子勵磁裝置的投入,使發(fā)電機的諧波分量有所上升。當發(fā)電機的端電壓高于額定電壓的10%以上時,由于電機的磁飽和,會使電壓的三次諧波明顯增加。同樣在變壓器的電源側(cè)電壓超過額定電壓10%以上時,也會使二次側(cè)電壓的三次諧波明顯增加。由于電網(wǎng)電壓偏移在±7%以下,所以發(fā)電、變電設(shè)備產(chǎn)生的諧波分量都比較小,比國家的考核標準低的多,因此發(fā)電、變電設(shè)備不是影響電網(wǎng)電壓波形方面質(zhì)量的主要矛盾。