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非线性负载对供电系统的谐波扰动
  如果非线性的电气负载连接到一个正弦电压源(如发电机和变压器),就会产生非正弦电流使公共耦合点(PPC)的电压失真。这种非线性负载对线路电压的影响称为“谐波对供电系统的影响”或“供电系统扰动”。

  如果非线性的电气负载连接到一个正弦电压源(如发电机和变压器),就会产生非正弦电流使公共耦合点(PPC)的电压失真。这种非线性负载对线路电压的影响称为“谐波对供电系统的影响”或“供电系统扰动”。

  下图以一个低压系统为例说明了这种关系,该低压系统由一个代表纯正弦电压源和内阻XTransformer的变压器供电。具有不同特性的负载连接到PCC上。电机具有线性的电流-电压特性,当输入纯正弦电压时,电源系统产生的电流也是纯正弦的。由于整流电路中非线性元件(晶闸管,二极管)的存在,使得变频器具有非线性的电流-电压特性。因此,尽管电源电压为纯正弦,但从电源系统输出的电流是非正弦的。这些由非线性特性的变频器产生的非正弦电流,会导致变压器内阻XTransformer产生非正弦电压降,从而使公共耦合点PCC处的电压失真。

  正弦电压源的变压器供电的低压系统

  在PCC上的非正弦量(电压和电流)可分为正弦分量,基频分量和谐波分量。一个量的谐波分量越高,这个量的失真越大,即这个量与正弦基频的偏差越大。

  总谐波失真THD可以用来有效衡量谐波失真程度,它定义为所有谐波分量之和的均方根值与基波分量均方根值之间的比值。

  其中

  Q 代表电压或电流

  h 代表谐波次数

  Qh 次数为h的谐波分量的均方根值

  Q1 次数为1的基波分量的均方根值

  在电源系统中作为单个的设备和负载,如发电机、变压器、补偿系统、变频器、电机等通常是为在正弦电压下工作而设计的,由于存在谐波,他们可能会受到负面影响,在特殊情况下,甚至会被过高的谐波分量破坏。所以由非线性负载引起的电流电压失真必须要加以限制。

  因此,要对各次谐波和总谐波失真THD做出适当的标准加以限制,一些标准是只限定电压(如EN61000-2-2和EN61000-2-4),另外一些限定了电压和电流(如IEEE 519)。

  由于变速传动的使用不断增加,谐波对供电电源影响的评估变得越来越重要。供电部门和变频驱动用户都需要更多关于变频器谐波响应的数据,这样他们就可以在规划和配置阶段检查这些标准所要求的限制是否得到满足。

  谐波是由变压器(包括变压器的供电系统)与所连接的负载之间的相互作用而产生的。因此需要以下数据来精确计算谐波电流和电压:

  ● 系统中变频器的数量

  ● 变频器输出功率

  ● 变频器的整流类型(如:6脉冲,带进线滤波器的6脉冲,12脉冲等)

  ● 变频器进线侧电抗器参数(相对短路电压)

  ● 变压器参数(额定功率、相对短路电压、高压侧和低压侧的额定电压)

  ● 给变压器供电的供电系统参数(短路功率)

  备注:

  总电压谐波失真THD(V)的计算只考虑相关变频器产生的谐波,其他未知设备和变压器产生的谐波不包括在计算之内。因此计算出来的THD(V)不是绝对的,而是连接相关变频器时PCC总谐波失真系数THD(V)增加的值。

  对于很多实际问题,没有必要精确计算电压或电流的谐波分量,通常只需要估算谐波电流的近似值就可以。当下列有效的关系清楚后,计算结果很容易得到。

  ● 谐波电流(包括谐波的次数和幅值)主要取决于变频器整流的类型,变压器及其供电系统对谐波电流影响非常小。因此当整流类型确定后,谐波电流的近似值就可以确定。不需要变压器及其供电系统的详细参数。

  ● 谐波电压(包括谐波的次数和幅度)取决于变频器整流和变压器及其供电系统之间的相互作用。由于需要了解变压器和供电系统的数据,而这些数据是系统特有的,因此不容易对其可能产生的影响作一般性说明。

时间:2023.04.12 来源:吉事励 阅读:493
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