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產(chǎn)品知識

淺談諧波及無源濾波與有源濾波

一、諧波源及類型
1.如果在設(shè)備上外加正弦交流電壓，產(chǎn)生的電流卻不是正弦交流電流，這樣的設(shè)備就稱為非線性阻抗設(shè)備，簡稱非線性設(shè)備。含有諧波成分的交流電就不是正弦波形，所以非線性設(shè)備也稱為諧波源；
2.工業(yè)電網(wǎng)中主要的諧波源有三種類型：三相橋式整流回路在每一相的正負(fù)波形上都會產(chǎn)生波形變化，一個周期里就有六個非正弦的波形，所以稱為六脈波設(shè)備。六脈波設(shè)備的諧波很有規(guī)律，會產(chǎn)生六的倍數(shù)加減1次數(shù)的諧波，即5、7、11、13、17、19……次諧波，而且隨著諧波次數(shù)升高諧波幅值會逐漸降低，所以通常需要處理5、7、11、13次諧波。這類設(shè)備包括有三相橋式整流器的設(shè)備、比如UPS電源、變頻器、直流驅(qū)動器、軟啟動器等等是目前工業(yè)用電設(shè)備中常見的一類諧波源。類似工業(yè)電弧爐這樣的設(shè)備工作時，電流波形變化很頻繁，會分解出次數(shù)和幅值不斷變化的諧波；
3.非線性的單相設(shè)備，比如帶有單相整流環(huán)節(jié)的電子儀器等等，因為三相不對稱原因會在零線上形成3次零序諧波。
二、諧波對電力系統(tǒng)和各種電氣設(shè)備的危害
諧波容易使電網(wǎng)與補(bǔ)償電容器之間發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波電流放大幾倍甚至幾十倍，造成過電流，引起電容器、與電容器相連的電抗器和電阻器的損壞，甚至引起嚴(yán)重事故。諧波會導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作、熔絲非正常熔斷，同時也會導(dǎo)致電氣測量儀表計量不準(zhǔn)確；諧波還會造成變壓器、電動機(jī)等機(jī)械振動，噪聲、溫升增加，絕緣壽命縮短；以及引起設(shè)備和線路額外發(fā)熱，增加損耗、加速絕緣老化、降低使用壽命。諧波通過電磁感應(yīng)和傳導(dǎo)耦合等方式會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者引進(jìn)噪聲，降低通信質(zhì)量；重者導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作；諧波能延緩電弧熄滅，造成事故擴(kuò)大，導(dǎo)致三相四線系統(tǒng)中的中線電流增加，引發(fā)系統(tǒng)故障甚至事故；諧波會引起生產(chǎn)設(shè)備運行不穩(wěn)定，造成產(chǎn)品不合格率上升，降低企業(yè)效益。諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。據(jù)統(tǒng)計，由于諧波而破壞的電氣設(shè)備中，并聯(lián)電容器約占70%，其中串聯(lián)電抗器約占30%。諧波電流使電力系統(tǒng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電、用電的使用效率。
三、諧波治理及無源濾波與有源濾波的區(qū)別
1.目前諧波治理的技術(shù)主要有無源濾波技術(shù)和有源濾波技術(shù)兩種；
2.無源濾波技術(shù)是目前應(yīng)用較為普遍的諧波抑制手段，它是按照希望抑制的諧波次數(shù)專門量身制造的，采用電感、電容的調(diào)諧原理，將諧波陷落在濾波器中，以減少對電網(wǎng)的注入。無源濾波裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，技術(shù)已比較成熟，但是也存在著難以克服的缺陷：
1.濾波特性受系統(tǒng)參數(shù)的影響較大，易與系統(tǒng)或者其它濾波支路發(fā)生串并聯(lián)諧振；
2.濾波、無功補(bǔ)償、調(diào)壓等要求之間有時難以協(xié)調(diào)；
3.只能抑制特定的幾次諧波，而對其他的某次諧波則會產(chǎn)生放大作用；
4.諧波電流增大時，濾波器負(fù)擔(dān)隨之加重，可能造成濾波器過載，甚至損壞設(shè)備；
5.有效材料消耗多，體積大。
五、有源濾波技術(shù)作為一種新型的諧波治理方法，是抑制諧波污染、提高電能質(zhì)量的有效工具，與無源濾波技術(shù)相比，有著無可比擬的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
1.實現(xiàn)了動態(tài)補(bǔ)償，可對頻率和大小均變化的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，對補(bǔ)償對象的變化有快的響應(yīng)速度；
2.有源濾波裝置是一個阻抗電流源，它的接入對系統(tǒng)阻抗不會產(chǎn)生影響，因此此類裝置適合系列化，規(guī)模化生產(chǎn)；
3.當(dāng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時裝置受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不存在與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振的危險，同時能抑制串并聯(lián)諧振；
4.補(bǔ)償無功功率時不需要儲能元件，補(bǔ)償諧波時所需要的儲能元件不大；
5.用同一臺裝置可同時補(bǔ)償多次諧波電流和非整數(shù)倍次的諧波電流，既可以對一個諧波和無功源進(jìn)行單獨補(bǔ)償，也可對多個諧波和無功源進(jìn)行集中補(bǔ)償；
6.當(dāng)線路中的諧波電流突然增大時有源濾波器不會發(fā)生過載，并且能正常發(fā)揮作用，不需要與系統(tǒng)斷開；
7.裝置可以僅輸出所需要補(bǔ)償?shù)母叽沃C波電流，不輸出基波無功功率，不但減小了有源濾波器的總?cè)萘浚€可以避免輕負(fù)荷時發(fā)生無功倒送現(xiàn)象。
六、結(jié)束語
隨著電網(wǎng)中非線性負(fù)荷及諧波源種類及數(shù)量的增加，其產(chǎn)生的諧波也越來越嚴(yán)重，急需治理。低成本的無源濾波技術(shù)是目前普遍采用的治理諧波的方法，此方法簡單，但存在缺陷。有源濾波技術(shù)可以對頻率和幅度都變化的諧波進(jìn)行治理，但也存在初期投資大、運行效率低的缺點，為此，可以將有源濾波技術(shù)和無源濾波技術(shù)結(jié)合起來使用，既可以使有源濾波器降低，又可彌補(bǔ)無源濾波器的缺陷，是一個好的發(fā)展方向。

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