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【电能质量】林海雪:电力系统的间谐波及其国家标准

添加时间:2015-12-03 15:28:15 来源:供用电杂志

 

2、间隙波的影响

 

2.1引起电压波动和闪变

 

当两个频率不同(但相差不大)的正弦波叠加时,其合成波形的振幅将随时间作周期性地变化,变化频率为两频率之差,这个现象称之为“拍”(beat)。为说明电力系统中间谐波对电压波动的影响,设一工频电压U1mcosω0t(ω0为工频角频率),在间谐波电压Uihcosωt(ω≠ω0)作用下,其合成电压]:

 

 

由式(7)可见,合成电压u(t)的幅值Um是周期性缓慢变化量(因为ω和ω0接近)Um变化范围为(U1m+Uih)~(U1m-Uih),变化频率(ω0-ω)。这就是供电电压的幅值调制。对于单次间谐波电压幅值引起120V和240V照明灯短期闪变Pst=1(这是闪变限值标准)和拍频fB的关系,如图8所示。所以,为了避免照明灯闪变问题,文献[15]建议间谐波电压(低于100Hz)限值应为0.2%。有的文献则要求对照明设备的产品标准应含对间谐波抗扰性的要求。

 

 

2.2引起无源滤波器过载

 

目前工业上广泛使用由电容、电感和电阻构成的无源滤波器来吸收谐波和提高用电功率因数,这种滤波器只能做成对某几次主要谐波有明显的滤波效果,而很可能对间谐波有放大作用。在严重的情况下,会使滤波器因间谐波放大,使其过载而不能正常运行,甚至很快损坏。因此,在有间谐波的场合,使用无源滤波补偿器应特别小心。

2.3使电压波形过零点偏移

图9是含和不含1/2倍工频间谐波的波形的对比,其中v=220sin(100πt),v1=220sin(100πt)+11sin(50πt+0.02)。

由图9可见,间谐波既会使波形过零点偏移,又会使正负半波幅值发生变化。间谐波因改变电压过零点,从而影响任何与电源电压过零点同步的设备(例如数字继电器)或自动控制系统正常工作,甚至使其误动造成事故,而且还会影响传统谐波测量的结果和准确度,以及使计量仪器产生附加误差等。

文献[16]指出:我国在20世纪80年代引入超高压直流输电的同时,也接受了谐波不稳定对直流输电影响的认识,但对于谐波不稳定认识只停留在直流输电研究圈内,对广大电力工作者在这方面并没有普及。目前,国内的情况是电力电子设备应用在各个方面的使用数量和容量都很大,许多系统由于应用不当,造成失稳事故,甚至损坏设备,同时不可避免地发生不同范围的停电事故。谐波不稳定是“由于系统电压畸变,以致换流器不能与系统同步触发导致换流器换相失败的这类故障”。因此,间谐波的干扰是导致谐波不稳定的主要原因(应注意,谐波是基波频率整数倍的成分,不可能使基波电压过零点偏移,但谐波严重时可能形成多个过零点)。

2.4对电视机的影响

和谐波作用不同,间谐波引起的波形畸变,使电压幅值被调制,这种调制通常使电视机的图象大小作周期性变化和“翻滚”。即使幅值较小的间谐波(例如0.5%)就可以引起视屏图象明显畸变。因此电视机对间谐波非常敏感。为此要求2.5kHz以下的间谐波电压应不超过0.5%。

2.5干扰电力线上控制、保护和通信信号

1.7节中已指出,公用电网中传输大量控制信号,这些信号是有用的间谐波成分(也有相应的标准),因此对间谐波干扰特显敏感。研究指出,对于脉动控制(ripple control)的接收机、无线电收音机(包括其他音频设备),间谐波电压(2.5~5kHz)应限值在0.3%以内。

2.6对旋转电机的影响

文献[15]指出:为了避免机械共振问题,要非常关注旋转电机(特别是汽轮发电机组)附近的间谐波(主要是次谐波)。因为旋转机械转矩的相互作用涉及次谐波电流。把流入任何发电机的次谐波电流限制到非常小的值是有必要的。这要和发电机制造商研究确定特定频率下的限值。以前曾在0.1%甚至更小的次谐波电流下出过问题。因此,在有些涉及机械共振的场合,所推荐的0.2%间谐波电压限值也许要减小,或者可由发电机制造商决定是否有可能改变控制系统,以免发生潜在的机械共振。

 


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