發電機組非線性負載理論分析及應對措施

周偉強

摘 要：隨著互聯網的日益普及和移動網絡無縫覆蓋，UPS和開關電源已經成為發電機組的常態負載；工業生產設備中大量使用SCR可控硅（或IGBT）及變頻電動機。這樣類型的非線性負載無疑對發電機組的設計者、標準制定者和工程師提出了新的挑戰，全世界的發電機組制造商按照純電阻電抗平衡的正弦波負載測試發電機組，而多數用戶的實際負載卻是諧波畸變的非線性負載。所以對于制造商和用戶來說，了解非線性負載對發電機組工況的影響非常必要。本文將分析這類典型的非線性負載及其產生的原因、影響和問題，最后提出可行的解決方案。

關鍵詞：同步發電機；非線性負載；波形畸變率；超瞬態電抗

1 負載分析

最常見的非線性負載類型是UPS、開關電源以及SCR（可控硅）電動機驅動機構。而純電阻負載被定義為線性負載，其電壓和電流都是完全的正弦波形。UPS和開關電源系統包括整流器、充電器、電池和轉換開關組成，當電網供電時，整流器、充電器將電網電源轉換成直流電源，供電給負載和電池。電池在全時間內并聯在電網。如果電網失效，電池將維持負載的電源不間斷，同時備用發電機組啟動用于維持這個系統，這時發電機組的負載是一個整流電池充電器。SCR可控硅電動機驅動裝置有多種運用場合，一些最經常的應用范圍如下：交流變頻負載、各種泵、風扇直流馬達、電梯、吊機、印刷機等。以上這些負載中重要的功率器件：可控硅和功率管，均工作在非線性的開關狀態下（通、斷），這就是負載回路產生大量諧波的主要原因。……