電網(wǎng)諧波知識科普

電網(wǎng)諧波指的是電力系統(tǒng)中含有非基頻(或基波)的周期性相位和幅度變化的電信號。在交流電力系統(tǒng)中，電壓和電流信號以正弦形式變化，并且電壓和電流信號的頻率相等，稱為基波信號，其頻率一般為50Hz或60Hz。然而由于各種非線性負載的存在，會產(chǎn)生比基波頻率高的諧波電流、電壓信號，它們與基波信號疊加在一起，形成了電網(wǎng)諧波。

諧波波形通常不像正弦波形式規(guī)則，產(chǎn)生諧波的負載通常是電子裝置和強磁性負載等非線性負載，如計算機、UPS等。諧波波形會扭曲和削弱電力系統(tǒng)的基波電壓和電流波形，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行和高效節(jié)能造成負面影響。同時，諧波也可能對其它的電子設備造成干擾或甚至破壞。因此，在電力工程中需要采取相應的措施，以降低或消除諧波的影響。

為了減小電網(wǎng)諧波的影響，常用的方法包括添加諧波濾波器、優(yōu)化負載組織、使用低諧波負載等，這些措施可以有效地減少諧波水平，確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

電網(wǎng)諧波的工作原理

電網(wǎng)諧波是由于電力負載的不對稱性、非線性或是運行的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)變化而產(chǎn)生的高次頻率成分。這些諧波可能會影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，因此需要對其進行控制和消除。

電網(wǎng)諧波控制是通過諧波濾波器來實現(xiàn)的。諧波濾波器是一種專門用來濾除諧波的設備，它可以選擇性地通過或阻擋諧波信號。諧波濾波器可以分為有源濾波器和無源濾波器。

有源濾波器通過添加外加電源來產(chǎn)生與諧波信號大小相等但相位相反的有源信號，從而抵消或減小電網(wǎng)中的諧波成分。無源濾波器則利用諧波濾波器的諧振原理，在濾波器內部產(chǎn)生一個較強的諧振，從而將諧波電流從電網(wǎng)中分離出來，通過濾波器的輸出端口排除。

不管是有源濾波器還是無源濾波器，都需要對諧波信號進行采樣和控制，以便使諧波濾波器輸出的電流與電網(wǎng)中的諧波電流相反，從而實現(xiàn)諧波的消除和控制。諧波濾波器的工作原理可以使電網(wǎng)諧波降低到安全的水平，從而保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

電網(wǎng)諧波的主要特點

電網(wǎng)諧波可以通過非線性元件，如電弧爐、電動機等設備將無功電流轉換成為有用的功率，因此在工業(yè)化生產(chǎn)過程中廣泛應用。電網(wǎng)諧波的主要特點如下：

1. 波形失真：諧波電流與電壓之間的相位差會導致波形失真，使正弦波的形狀發(fā)生變化，出現(xiàn)多個振蕩周期。

2. 頻率變化：諧波電流頻率通常是電網(wǎng)基本頻率的整數(shù)倍，如3次諧波頻率為50Hz的3倍即150Hz，而5次諧波頻率為50Hz的5倍即250Hz。不同的諧波頻率會導致不同的干擾結果。

3. 能量損失：諧波電流會增加設備的損耗和能源消耗，特別是在非線性元件中。

4. 熱效應：電網(wǎng)諧波電流可以導致電纜、絕緣材料、變壓器等設備的溫度上升，從而導致設備故障和壽命縮短。

5. 相間不平衡：電網(wǎng)諧波電流會導致電壓的相間不平衡，從而影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

總之，電網(wǎng)諧波的主要特點包括波形失真、頻率變化、能量損失、熱效應和相間不平衡等，了解這些特點的同時，也需要認識到電網(wǎng)諧波的危害和應對措施，以保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，為人們提供更加安全便捷的用電環(huán)境。

電網(wǎng)諧波的來源

電網(wǎng)諧波是指在交流電網(wǎng)中存在的頻率為電網(wǎng)基波頻率的整數(shù)倍的不同波形。電網(wǎng)諧波的來源主要有以下幾個方面：

1. 非線性負載：當負載中存在非線性元件如電子閘門電路、電子器快開關、振蕩電路等，會產(chǎn)生非線性電流，這樣的電流含有大量高次諧波分量，這些諧波分量被輸送到電網(wǎng)中就會導致電網(wǎng)的諧波污染。

2. 大型電氣設備：對于大型電氣設備而言，如電磁爐、弧爐、鋼鐵軋機、電動機等都可能會產(chǎn)生諧波電流。

3. 放電及開關：有些元件的加工和制造中涉及到放電和開關的行為，如雷擊、放電氣體等，這些行為都容易產(chǎn)生電網(wǎng)的諧波污染。

當電網(wǎng)諧波的含量超過一定比例的時候，會對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性帶來威脅，甚至會對電氣設備造成損壞，因此，在電力系統(tǒng)設計和運行過程中必須加強對電網(wǎng)諧波的監(jiān)測和控制。

電網(wǎng)諧波的危害

電網(wǎng)諧波是指電力系統(tǒng)中頻率為正弦波基準波的倍數(shù)的諧波電壓或電流。它們是與基本電力頻率不同的低頻波動，主要由不同類型的負載引起。電網(wǎng)諧波的危害主要有以下幾點:

1. 設備損壞: 諧波會導致電氣設備和系統(tǒng)發(fā)生過熱、噪音增加、振動加劇、絕緣降低等問題，長期下去會導致電氣設備的老化和損壞。

2. 能源損失: 諧波會造成電磁能量的損失，使能量有一定的損失，浪費了電網(wǎng)應該有效利用的電能。

3. 減少穩(wěn)定性: 諧波會導致電力系統(tǒng)在運行時的穩(wěn)定性下降，可能導致系統(tǒng)的崩潰或短路故障。

4. 影響電力質量: 諧波對于電力系統(tǒng)中的各種負荷和設備產(chǎn)生的干擾可能會導致電力質量下降，給生產(chǎn)和生活帶來一定的困擾。

總之，電網(wǎng)諧波對電力系統(tǒng)的危害是非常明顯的，嚴重的諧波問題可能導致電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性損害，設備損壞和電力質量下降。為了避免這種危害，需要采取措施，如技術改進和諧波濾波器的使用，以控制電網(wǎng)諧波的生成和傳播，確保電網(wǎng)的安全和可靠運行。

電網(wǎng)諧波的抑制方法

以下是一些常用的電網(wǎng)諧波抑制方法：

1. 諧波濾波器：使用諧波濾波器可以削弱或者消除電網(wǎng)中的諧波，包括有源和無源諧波濾波器，可以根據(jù)實際需求進行選擇;

2. 變壓器設計優(yōu)化：提高變壓器的繞組電容，減少諧波干擾;

3. 旁路電抗器：在電路中引入旁路電抗器(電感或電容)，來削弱諧波、平滑電壓波形;

4. 負載控制：通過控制非線性負載的數(shù)量及其運行狀態(tài)，盡量減少非線性力電器的諧波污染;

5. 線路調整：諧波傳導的路徑、長度和環(huán)境都會對諧波擴散產(chǎn)生影響，可以對線路進行調整和優(yōu)化;

6. 暫態(tài)電容：通過在電路中加入暫態(tài)電容，提高電路的暫態(tài)抗擾能力，減少諧波干擾;

7. 使用變頻器：針對諧波問題嚴重的場合，可以使用變頻器驅動電機等設備，減少電網(wǎng)諧波產(chǎn)生。

需要根據(jù)實際情況綜合選擇不同的抑制方法，維護電網(wǎng)質量，確保電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性。