原创 电力系统中的谐波问题分析(1)

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谐波是指正常电流波形的一种失真，一般是由非线性负载发射的。开关模式电源(SMPS)、调速电机及驱动、复印机、个人电脑、激光打印机、传真机、电池充电器以及UPS等都属于非线性负载。单相非线性负载在现代办公大楼中较为常见，而三相非线性负载则普遍存在于工厂和工业车间里。

多数配电系统上的大部分非线性电力负载来自SMPS设备。比如，所有计算机系统使用SMPS把市电交流电压转换为供内部电子设备使用的稳定低压直流电。这些非线性电源会产生高振幅短脉冲电流，造成电流和电压波形严重失真——谐波失真，一般按总谐波失真(THD)衡量。该失真向后传播回到电源系统，将影响连接在同一电源上的其他设备。

多数电力系统可以容忍一定程度的谐波电流，但当谐波在总负载中所占比例较为明显时就会出现问题。随着这些频率较高的电流流经电力系统，它们会造成通信错误、过热和硬件受损，比如：

配电设备、电缆、变压器、备用发电机等过热

谐波阻抗造成的高电压和环流

发热并浪费电能的高中性线电

因电压失真严重导致设备故障

增大了连接设备中的内部能耗，造成元器件失效并缩短使用寿命

支路断路器伪跳闸

计量错误

配线和配电系统失火

发电机失效

高振幅系数及有关问题

降低系统功率因数，导致可用功率减小(kW对kVA)和每月电费处罚

谐波技术概览

谐波是频率达基频整数倍的电流或电压。如果基频为60Hz，那么第2谐波为120 Hz，第3谐波为180 Hz等(见图1)。当谐波频率占主导时，配电盘和变压器会与高频谐波产生的磁场形成机械共振。发生这种情况时，配电盘或变压器会振动并针对不同谐波频率发出蜂鸣声。第3到第25谐波频率是配电系统中最为常见的频率范围。

图1 电流波形的谐波失真

所有周期波都会随各种频率的正弦波产生。傅里叶定律把一个周期波分解为其分量频率。

谐波分量：较大的第1谐波(基频) 较小的第5谐波 略大的第7谐波

图

信号的总谐波失真是衡量谐波失真的指标，它被定义成所有谐波分量的功率总和与基频的功率之比。它描述了电压或电流信号的失真程度(见图3)。

图