配电网公共连接点谐波评估与仿真(2)
随着现代工业的发展，企业对电能质量要求越来越高，但大量应用电力电子装置，工业电网中非线性负载越来越多，使工业用电的质量受到严重影响。这两者相互冲突的局面使得谐波问题备受关注。同时随着电力电子技术的飞速进步，在谐波抑制和无功补偿也取得了一些突破性的进展。本章首先对电力系统谐波进行介绍，简要叙述了谐波抑制的主要方法，最后介绍了论文的主要内容。
1．1 电力系统谐波
在供用电系统中，交流电压和交流电流几乎都呈正弦波形。在理想的电力系统中，电源以单一恒定频率（60Hz或50Hz）的正弦变化规律向电网供电，系统中电压、电流都以单一恒定供电频率随时间按正弦规律变化的量。一般说来，实际的电力系统基本符合理想电力系统的条件。但随着技术的发展，电力系统中的非线性负载的比重的不断增加使理想线性电路的近似程度变差，而正弦电压施加在非线性电路上时电流就变为非正弦波，即电力系统中电压、电流波形发生畸变。从频域看，在这些电压、电流波形中，不仅包含与供电电源同频率的正弦量（称为基波），还包含了频率为基波频率整数倍的正弦分量（称为高次谐波），这些正弦分量统称为电力谐波。在IEEE标准519-1981中谐波定义为：“谐波为一周期波或量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍”。在国际电工标准（IEC555-2）与国际大电网会议（CIGRE）的文献中定义：“谐波分量为周期量的傅里叶级数中大于1的h次分量”。
1.1.1 电力系统谐波起因
自交流电作为电能输送的一种方式起，人们就注意到电力系统中的谐波问题，不过早期谐波含量不高，，且当时企业使用的设备对电能质量要求比较低，因此对谐波几乎可以忽略不计。但随着近年来对非线性设备的大量使用，使谐波问题更加突出。非线性设备就是在正弦供电电压下产生非正弦电流或在正弦供电电流下产生非正弦电压的设备[3]。非线性设备可以分成两类：一是传统非线性设备，包括变压器、旋转电机、电弧炉等；二是现代电力电子非线性设备，包括荧光灯、在工业界和现代办公设备中广泛使用的电子控制装置和开关、电源、晶闸管控制设备等。
1.1.2 电力系统谐波危害
谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是种污染，它造成用电设备所处的环境恶化，同时也给周围的通信系统和公用电网以外的设备带来危害。其实在电力电子设备广泛应用前，人们就已经开始对谐波及其危害进行了一些研究，并对其有了一定的认识，不过因为当时谐波污染不严重，就没有对谐波及其污染给予足够的重视。但近三四十年来，电力电子装置的迅速普及使得公用电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，再加上现在企业使用的精密设备对电力公司供给的电能质量更加敏感，同时这些精密设备又导致交流电流和交流电压稳态波形的畸变，人们才高度关注谐波危害的严重性。大致上，谐波危害主要有以下几个方面[1,3,13-20]：
(1)电容器造成的谐波电流放大。由于电容器的容抗与频率成反比，因此在谐波电压作用下的容抗要比在基波电压作用下的容抗小得多。对谐波频率而言，系统感抗大大增加但容抗大大减小就可能产生串联谐振或并联谐振，而这种谐振会是的谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统，特别是对电容器及与之相连的电抗器造成威胁，常常烧毁电容器和电抗器。
（2）造成输电线路损耗，缩短输电线路寿命。谐波电流在电网中的流动会在线路上产生有功功率损耗，另由于谐波频率高，导线的集肤效应谐波电阻增加的比基波电阻多，谐波引起的附加线路损耗也增大。对采用电缆的输电系统来说，谐波还能使电压波形出现尖峰，使电缆绝缘的老化加剧，造成浸渍绝缘的局部放电，同时使介质损耗增加和温升增高，引起电缆的使用寿命缩短。在民用建筑中常常大量使用荧光灯和其他产生3次谐波的灯具及其他电器。当这些3次谐波电流流过中性线时，就会使导线过载过热、绝缘损坏，从而发生短路，引起火灾。