谐波的产生及危害(电网谐波的产生)

(1)谐波的含义

在振动学中，认为振动产生的波中具有一定频率的振幅最大的正弦波称为基波。高于基频的其他小波称为谐波。

电力系统中谐波的定义:将周期性的非正弦电量(电压或电流)进行傅里叶级数分解，得到一系列大于电网基频的分量，称为谐波。

(基波及其表达式)

(基波和2.3.4谐波)

(加入2.3.4谐波后的复合波)

(2)谐波的产生

电力系统是一个由发电、变电、输配电、用电四个环节组成的整体，每个环节都可能产生谐波。

发电环节:省略…

电源转换环节:省略…

传输和分配环节:省略…

用电:用电系统中的谐波主要是由非线性负载引起的。由于正弦电压施加于非线性负载，基波电流会发生畸变，从而产生谐波。主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。

三次谐波公式:

复杂波公式:

(3)非线性设备的含义

简而言之，设备中产生的电流波形是间歇的或突变的，并不是可以用线性规律运算的连续函数。一般用傅立叶级数来描述。

例如:

上图为三相整流电路，整流后的电流波形为阶梯方波。右图是傅里叶级数展开的频谱。可以看出，五次谐波和七次谐波的比例很高。

另一个例子是:

上图是单相整流电路，整流后的电流波形是断续的，右图是傅里叶级数展开的频谱，其中三次谐波的比例很高。

(4)三次谐波电流的特殊性

三次谐波电流主要由单相非线性负载(如荧光灯、节能灯、镇流器)产生。由于其频率的特殊性，电网中性线上的三次谐波造成的后果尤为严重。在三相电力网络中，每个基波相位相差120 °;而三次谐波相位差为360°。

从下图可以看出，当各相线中的三次谐波电流汇集在中性线上时，它们的瞬时值在相位上是直接相加的，所以中性线上的三次谐波电流一般是相线上三次谐波电流的三倍左右，甚至大于相线上的基波电流。

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