電力系統中的諧波問題分析

　　諧波是指正常電流波形的一種失真，一般是由非線性負載發射的。開關模式電源(SMPS)、調速電機及驅動、復印機、個人電腦、激光打印機、傳真機、電池充電器以及UPS等都屬于非線性負載。單相非線性負載在現代辦公大樓中較為常見，而三相非線性負載則普遍存在于工廠和工業車間里。

　　多數配電系統上的大部分非線性電力負載來自SMPS設備。比如，所有計算機系統使用SMPS把市電交流電壓轉換為供內部電子設備使用的穩定低壓直流電。這些非線性電源會產生高振幅短脈沖電流，造成電流和電壓波形嚴重失真——諧波失真，一般按總諧波失真(THD)衡量。該失真向后傳播回到電源系統，將影響連接在同一電源上的其他設備。

　　多數電力系統可以容忍一定程度的諧波電流，但當諧波在總負載中所占比例較為明顯時就會出現問題。隨著這些頻率較高的電流流經電力系統，它們會造成通信錯誤、過熱和硬件受損，比如：

　　配電設備、電纜、變壓器、備用發電機等過熱

　　諧波阻抗造成的高電壓和環流

　　發熱并浪費電能的高中性線電

　　因電壓失真嚴重導致設備故障

　　增大了連接設備中的內部能耗，造成元器件失效并縮短使用壽命

　　支路斷路器偽跳閘

　　計量錯誤

　　配線和配電系統失火

　　發電機失效

　　高振幅系數及有關問題

　　降低系統功率因數，導致可用功率減小(kW對kVA)和每月電費處罰

　　諧波技術概覽

　　諧波是頻率達基頻整數倍的電流或電壓。如果基頻為60Hz，那么第2諧波為120 Hz，第3諧波為180 Hz等(見圖1)。當諧波頻率占主導時，配電盤和變壓器會與高頻諧波產生的磁場形成機械共振。發生這種情況時，配電盤或變壓器會振動并針對不同諧波頻率發出蜂鳴聲。第3到第25諧波頻率是配電系統中最為常見的頻率范圍。

　　圖1 電流波形的諧波失真