“谐波”一词的定义和被研究经过
"谐波"一词起源于声学。有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已经奠定了良好的基础。傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。电网系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。当时在德国,由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。
谐波形态
1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。 到了50年代和60年代,由于高压直流输电技术的发展,发表了有关变流器引起电网系统谐波问题的大量论文。
70年代以来,由于电力电子技术的飞速发展,各种电力电子装置在电网系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛,谐波所造成的危害也日趋严重。世界各国都对谐波问题予以充分和关注。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议,不少国家和国际学术组织都制定了限制电网系统谐波和用电设备二:谐波的标准和规定。
电网系统中对谐波是这样定义的:
是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解,除了得到与电网基波频率相同的分量,还得到一系列大于电网基波频率的分量,这部分分量称为谐波。
谐波频率与基波频率的比值(n=fn/f1) 称为谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波,称为非谐波(Non-harmonics)或分数谐波。
谐波实际上是一种干扰量,使电网受到“污染”。电工技术领域主要研究谐波的发生、传输、测量、危害及抑制,其频率范围一般 为2≤n≤40。
发电厂发出交流电的频率是50Hz,波形是正弦波。通常称工频。波形图如下:
正弦波基波形态
在电网系统方面,谐波是指多少倍于工频频率的波形,简称“次”,是指从2次到40次范围,如5次谐波电压(电流)的频率是250Hz,7次谐波电压(电流)的频率是350Hz;超过13次的谐波称高次谐波。
谐波对电网的危害性
电网线路上的谐波对电力网(包括用户)危害是十分严重的,它是一种电力污染,一种人们(用五官直接感受而不通过仪器)看不见、嗅不到、摸不着的污染。
危害主要有体现在:
1)对电力设备的危害
2)加速电力变压器绝缘老化,缩短变压器使用寿命。
3)使开关(断路器)过载,造成经常性跳闸。由于谐波电流在导体表面流动,引起导体发热,降低了开关的实际容量所致。
4)使无功补偿设备部件损坏,无法进行无功补偿,加大线路损失,降低变压器额定容量。
5)对变电所的继电保护产生干扰,易造成保护误动作,导致区域性停电事故。
6)干扰通讯,影响通讯网络。通讯系统使用大量计算机容易受谐波干扰。
7)对精密设备及家用电器产生危害,如空调、微波炉、电视等。
谐波产生的源头有哪些?
向公用电网注入谐波电流或在公用电网上产生谐波电压的电气设备称为谐波源。
1)具有非线性特性的电气设备是主要的谐波源,如带有功率电子器件的变流设备,交流控制器和电弧炉、感应炉、荧光灯、变压器等。
2)具有开关电源性质的晶闸管电路,如直流提升机、交-交变频装置、轧钢机直流传动装置、晶闸管串级调速的风机水泵和冶炼电弧炉等。