发电机组非线性负载理论分析及应对措施

周伟强

摘 要：随着互联网的日益普及和移动网络无缝覆盖，UPS和开关电源已经成为发电机组的常态负载；工业生产设备中大量使用SCR可控硅（或IGBT）及变频电动机。这样类型的非线性负载无疑对发电机组的设计者、标准制定者和工程师提出了新的挑战，全世界的发电机组制造商按照纯电阻电抗平衡的正弦波负载测试发电机组，而多数用户的实际负载却是谐波畸变的非线性负载。所以对于制造商和用户来说，了解非线性负载对发电机组工况的影响非常必要。本文将分析这类典型的非线性负载及其产生的原因、影响和问题，最后提出可行的解决方案。

关键词：同步发电机；非线性负载；波形畸变率；超瞬态电抗

1 负载分析

最常见的非线性负载类型是UPS、开关电源以及SCR（可控硅）电动机驱动机构。而纯电阻负载被定义为线性负载，其电压和电流都是完全的正弦波形。UPS和开关电源系统包括整流器、充电器、电池和转换开关组成，当电网供电时，整流器、充电器将电网电源转换成直流电源，供电给负载和电池。电池在全时间内并联在电网。如果电网失效，电池将维持负载的电源不间断，同时备用发电机组启动用于维持这个系统，这时发电机组的负载是一个整流电池充电器。SCR可控硅电动机驱动装置有多种运用场合，一些最经常的应用范围如下：交流变频负载、各种泵、风扇直流马达、电梯、吊机、印刷机等。以上这些负载中重要的功率器件：可控硅和功率管，均工作在非线性的开关状态下（通、断），这就是负载回路产生大量谐波的主要原因。……