公共电网中的谐波是怎么产生的，怎么抑制？

Question

如题所述

Answer 1

公用电网中的谐波主要是由各种电力电子装置、变压器、发电机、电弧炉、荧光灯等产生的。在电力电子装置大量应用之前，主要的谐波源电力变压器的励磁电流，其次是发电机。在电力电子装置应用之后发电机成为主要的谐波源。

现在主要用的谐波抑制方法：
LC滤波器，既可补偿谐波，又可补偿无功功率，结构简单。缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态的影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大使LC滤波器过载烧毁。它只能补偿固定的频率的谐波，补偿效果不理想。

有源电力滤波器（APF），原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相同极性相反的补偿电流。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪的补偿。且不受电网阻抗的影响。

大容量变流器减少谐波的主要方法是采用多重化技术，即将多个方波叠加，以消除次数较低的谐波从而得到接近正弦波的阶梯波。多重化技术与脉冲宽度调制（PWM）技术相配和，效果更好。

几千瓦到几百千瓦的高功率因数整流器主要采用PWM整流技术。PWM整流器配合PWM逆变器可构成四象限交流调速用变流器，即双PWM变流器。

小容量整流器，通常采用二极管加PWM斩波方式。

Answer 2

在电力系统中，发电机出口电压畸变率要求小于5％，所以可以认为电力系统的电源为正弦电压波形。而电力系统中谐波的产生主要是由于大量非线性负荷的存在而造成。所谓非线性负荷指流过该负荷的电流与加在该负荷上的电压不成正比例。在30年以前，非线性负荷主要为电力变压器。电力变压器在过励磁状态下由于铁心饱和会产生大量3次谐波电流。而近30年随着电力电子工业的发展，电力电子设备已分布在整个电网细枝末节的。主要有计算机，电视机，空调这些使用开关电源的用电设备，这些设备虽然单台容量小，但是数量巨大分布很广，已成为电力系统谐波电流的主要污染源。电铁的发展使电气化铁路的谐波也日趋严重。工业冶炼用的中频炉和电弧炉谐波电流也相当严重。
谐波主要的危害有：1.谐波使公网元件产生附加损耗，降低了发，输，用电设备的效率。
2．由于肌肤效应谐波会使电缆过热，加速绝缘老化。
3．谐波会产生局部的串，并联谐振，危害电力设备的安全，特别是电力电容器的安全。
4．大量的3倍数次谐波电流会使中线电流过大，甚至烧毁中线，引发火灾。
5．谐波会使继电保护装置误动作，使电气仪表计量不准确
6．谐波会干扰附近的通讯信号。
如何解决谐波带来的危害是一个比较大的课题。目前主要从两个方面抓，一是尽量使其不产生，这主要是在用电设备上下文章。令一个是就地滤除，指在谐波源附近加装电力滤波器，使谐波就地滤除，不危害公网。

Answer 3

为解决电力电子装置和其他谐波源的谐波污染问题，基本思路有两条：一条是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的；另一条是对电力电子装置本身进行改造，使期不产生谐波，且功率因数可控制为1，这当然只适用于作为主要谐波源的电力电子装置。
装设谐波补偿装置的传统方法就是采用lc调谐滤波器。这种方法既可补偿谐波，又可补偿无功功率，而且结构简单，一直被广泛使用。这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使lc滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定频率的谐波，补偿效果也不甚理想。