第一篇：諧波如何產(chǎn)生范文

諧波如何產(chǎn)生？

答：向公用電網(wǎng)注入諧波電流或在公用電網(wǎng)上產(chǎn)生諧波電壓的電氣設(shè)備稱為諧波源。具有非線性特性的電氣設(shè)備是主要的諧波源，例如帶有功率電子器件的變流設(shè)備，交流控制器和電弧爐、感應(yīng)爐、熒光燈、變壓器等。

諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。

諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)，根據(jù)法國數(shù)學(xué)家傅立葉(M.Fourier)分析原理證明，任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波，每個諧波都具有不同的頻率、幅度與相角。諧波可以區(qū)分為偶次與奇次諧波。在平衡的三相系統(tǒng)中，由于對稱關(guān)系，偶次諧波已經(jīng)被消除了，只有奇次諧波存在，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。我國工業(yè)企業(yè)也越來越多的使用產(chǎn)生諧波的電氣設(shè)備，例如晶閘管電路供電的直流提升機(jī)、交-交變頻裝置、軋鋼機(jī)直流傳動裝置、晶閘管串級調(diào)速的風(fēng)機(jī)水泵和冶煉電弧爐等。這些設(shè)備取用的電流是非正弦形的，其諧波分量使系統(tǒng)正弦電壓產(chǎn)生畸變。諧波電流的量取決于諧波源設(shè)備本身的特性及其工作狀況，而與電網(wǎng)參數(shù)無關(guān)，故可視為恒流源。各種晶閘管電路產(chǎn)生的諧波次數(shù)與其電路形式有關(guān)，稱為該電路的特征諧波。除特征諧波外，在三相電壓不平衡，觸發(fā)脈沖不對稱或非穩(wěn)定工作狀態(tài)下，上述電路還會產(chǎn)生非特征諧波。進(jìn)行諧波分析和計算最有意義的是特征諧波，如果5，7，11，13次等。如直流側(cè)電流波紋較大，則5次諧波幅值將增大，其余各次諧波幅值將減少。當(dāng)電網(wǎng)接有多個諧波源時，由于各諧波源的同次諧波電流分量的相位不同，其和將小于各分量的算術(shù)和。變壓器激磁電流中含有3，5，7等各次諧波分量。由于變壓器的原副邊繞組中總有一組為角形接法，為3次諧波提供了通路，故3次諧波電流不流入電網(wǎng)。但當(dāng)各相激磁電流不平衡時，可使3次諧波的殘余分量(最多可達(dá)20%)進(jìn)入電網(wǎng)。

第二篇：諧波的產(chǎn)生原因和治理方式

諧波的產(chǎn)生原因和治理方式 供電系統(tǒng)中的諧波

在供電系統(tǒng)中諧波電流的出現(xiàn)已經(jīng)有許多年了。過去，諧波電流是由電氣化鐵路和工業(yè)的直流調(diào)速傳動裝置所用的，由交流變換為直流電的水銀整流器所產(chǎn)生的。近年來，產(chǎn)生諧波的設(shè)備類型及數(shù)量均已劇增，并將繼續(xù)增長。所以，我們必須很慎重地考慮諧波和它的不良影響，以及如何將不良影響減少到最小。1 諧波的產(chǎn)生

在理想的干凈供電系統(tǒng)中，電流和電壓都是正弦波的。在只含線性元件(電阻、電感及電容)的簡單電路里，流過的電流與施加的電壓成正比，流過的電流是正弦波。

在實際的供電系統(tǒng)中，由于有非線性負(fù)荷的存在，當(dāng)電流流過與所加電壓不呈線性關(guān)系的負(fù)荷時，就形成非正弦電流。任何周期性波形均可分解為一個基頻正弦波加上許多諧波頻率的正弦波。諧波頻率是基頻的整倍數(shù)，例如基頻為50Hz，二次諧波為100Hz，三次諧波則為150Hz。因此畸變的電流波形可能有二次諧波、三次諧波??可能直到第三十次諧波組成。2 產(chǎn)生諧波的設(shè)備類型

所有的非線性負(fù)荷都能產(chǎn)生諧波電流，產(chǎn)生諧波的設(shè)備類型有：開關(guān)模式電源(SMPS)、電子熒火燈鎮(zhèn)流器、調(diào)速傳動裝置、不間斷電源(UPS)、磁性鐵芯設(shè)備及某些家用電器如電視機(jī)等。(1)開關(guān)模式電源(SMPS)：

大多數(shù)的現(xiàn)代電子設(shè)備都使用開關(guān)模式電源(SMPS)。它們和老式的設(shè)備不同，它們已將傳統(tǒng)的降壓器和整流器替換成由電源直接經(jīng)可控制的整流器件去給存貯電容器充電，然后用一種和所需的輸出電壓及電流相適合的方法輸出所需的直流電流。這對于設(shè)備制造廠的好處是使用器件的尺寸、價格及重量均可大幅度地降低，它的缺點是不管它是哪一種型號，它都不能從電源汲取連續(xù)的電流，而只能汲取脈沖電流。此脈沖電流含有大量的三次及高次諧波的分量。(2)電子熒光燈鎮(zhèn)流器：

電子熒光燈鎮(zhèn)流器近年被大量采用。它的優(yōu)點是在工作于高頻時可顯著提高燈管的效率，而其缺點是其逆變器在電源電流中產(chǎn)生諧波和電氣噪聲。使用帶有功率因數(shù)校正的型號產(chǎn)品可減少諧波，但成本昂貴。(3)直流調(diào)速傳動裝置：

直流電動機(jī)的調(diào)速控制器通常采用三相橋式整流電路，它也稱作六脈沖橋式整流電路，因為在直流輸出側(cè)每周波內(nèi)有六個脈沖(在每相的半波上有一個)。直流電動機(jī)的電感是有限的，故在直流電流中有300Hz的脈動波(即為供電頻率的6倍)，這就改變了供電電流的波形。(4)不間斷電源(UPS)：

根據(jù)電能變換方式和由外部供電到內(nèi)部供電所用轉(zhuǎn)換方式的不同，UPS有許多不同的類型。主要的類型有：在線的UPS、離線的UPS和線路交互作用的UPS。由UPS供電的負(fù)荷總是電子信息設(shè)備，它們是非線性的并且含有大量的低次諧波。

(5)磁芯器件：

在有鐵芯的電抗器上的勵磁電流和磁通密度之間的關(guān)系總是非線性的。如果電流波形是正弦波(亦即電路中串聯(lián)的電阻很大)那么磁場中會有高次諧波，這被認(rèn)為是強迫磁化過程。如果施加在線圈上的電壓是正弦波形(亦即串聯(lián)的電阻很

小)則磁通密度也將是正弦波形，而電流波形則含有高次諧波，這被認(rèn)為是自由磁化過程。諧波引發(fā)的問題及解決措施

諧波電流在電源系統(tǒng)內(nèi)以及裝置內(nèi)均會造成問題。但其影響和解決措施非常不一樣，需要分別處理；適用于消除諧波在裝置內(nèi)不良影響的辦法并不能減少諧波在電源系統(tǒng)內(nèi)造成的畸變，反之亦然。

(1)裝置內(nèi)的諧波問題及解決措施：

有幾個常見多發(fā)的問題是由諧波引起的：電壓畸變、過零噪聲、中性線過熱、變壓器過熱、斷路器的誤動作等。

①電壓畸變：因為電源系統(tǒng)有內(nèi)阻抗，所以諧波負(fù)荷電流將造成電壓波形的諧波電壓畸變(這是產(chǎn)生“平頂”波的根源)。此阻抗有兩個組成部分：電源接口(PCC)以后的電氣裝置內(nèi)部電纜線路的阻抗和PCC以前電源系統(tǒng)內(nèi)的阻抗，用戶處的供電變壓器即是PCC的一例。

由非線性負(fù)荷引起的畸變負(fù)荷電流在電纜的阻抗上產(chǎn)生一個畸變的電壓降。合成的畸變電壓波形加到與此同一電路上所接的全部其他負(fù)荷上，引起諧波電流的流過，即使這些負(fù)荷是線性的負(fù)荷也是如此。

解決的辦法是把產(chǎn)生諧波的負(fù)荷的供電線路和對諧波敏感的負(fù)荷的供電線路分開，線性負(fù)荷和非線性負(fù)荷從同一電源接口點開始由不同的電路饋電，使非線性負(fù)荷產(chǎn)生的畸變電壓不會傳導(dǎo)到線性負(fù)荷上去。

②過零噪聲：許多電子控制器要檢測電壓的過零點，以確定負(fù)荷的接通時刻。這樣做是為了在電壓過零時接通感性負(fù)荷不致產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓，從而可減少電磁干擾(EMI)和半導(dǎo)體開關(guān)器件上的電壓沖擊。當(dāng)在電源上有高次諧波或瞬態(tài)過電壓時，在過零處電壓的變化率就很高且難于判定從而導(dǎo)致誤動作。實際上在每個半波里可有多個過零點。

③中性線過熱：在中性點直接接地的三相四線式供電系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)荷產(chǎn)生3N次諧波電流時，中性線上將流過各相3N次諧波電流的和。如當(dāng)時三相負(fù)荷不平衡時，中性線上流經(jīng)的電流會更大。最近研究實驗發(fā)現(xiàn)中性線電流會可能大于任何一相的相電流。造成中性線導(dǎo)線發(fā)熱過高，增加了線路損耗，甚至?xí)龜鄬?dǎo)線。

現(xiàn)行的解決措施是增大三相四線式供電系統(tǒng)中中性線的導(dǎo)線截面積，最低要求要使用與相線等截面的導(dǎo)線。國際電工委員會(IEC)曾提議中性線導(dǎo)線的截面應(yīng)為相線導(dǎo)線截面的200%。

④變壓器溫升過高：接線為Yyn的變壓器，其二次側(cè)負(fù)荷產(chǎn)生3N次諧波電流時，其中性線上除有三相負(fù)荷不平衡電流總和外，還將流過3N次諧波電流的代數(shù)和，并將諧波電流通過變壓器一次側(cè)流入電網(wǎng)。解決上述問題最簡單的辦法是采用Dyn接線的變壓器，使負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流在變壓器△形繞組中循環(huán)，而不致流入電網(wǎng)。

無論諧波電流流入電網(wǎng)與否，所有的諧波電流都會增加變壓器的電能損耗，并增加了變壓器的溫升。

⑤引起剩余電流斷路器的誤動作：剩余電流斷路器(RCCB)是根據(jù)通過零序互感器的電流之和來動作的，如果電流之和大于額定的限值它就將脫扣切斷電源。出現(xiàn)諧波時RCCB誤動作有兩個原因：第一，因為RCCB是一種機(jī)電器件，有時不能準(zhǔn)確檢測出高頻分量的和，所以就會誤跳閘。第二，由于有諧波電流的緣故，流過電路的電流會比計算所得或簡單測得的值要大。大多數(shù)的便攜式測量儀表并

不能測出真實的電流均方根值而只是平均值，然后假設(shè)波形是純正弦的，再乘一個校正系數(shù)而得出讀數(shù)。在有諧波時，這樣讀出的結(jié)果可能比真實數(shù)值要低得多，而這就意味著脫扣器是被整定在一個十分低的數(shù)值上。

現(xiàn)在可以買到能檢測電流均方根值的斷路器，再加上真實的均方根值測量技術(shù)，校正脫扣器的整定值，便可保證供電的可靠性。(2)影響供電電源的諧波問題及解決措施：

《中華人民共和國電力法》指出：“用戶用電不得危害供電、用電安全和擾亂供電、用電秩序”，《供電營業(yè)規(guī)則》中規(guī)定：“用戶的非線性阻抗特性的用電設(shè)備接入電網(wǎng)運行所注入電網(wǎng)的諧波電流和引起公共連接點至正弦波畸變超過標(biāo)準(zhǔn)時，用戶必須采取措施予以消除。”

由畸變電流造成的電壓畸變?nèi)Q于電源阻抗。阻抗愈大則由同一電流畸變所造成的電壓畸變就愈大。對于10次以下的諧波而言，供電網(wǎng)絡(luò)通常是感性的，所以電源阻抗就和頻率成正比，諧波次數(shù)越高，所造成的畸變就越大。通常不可能減小供電系統(tǒng)的阻抗，所以需要采用別的步驟來保證電壓畸變不超過限度?？赡艿慕鉀Q方法有：裝用諧波濾波器、裝用隔離變壓器和裝用有源的諧波調(diào)節(jié)器。

①裝用諧波濾波器：對于電動機(jī)控制器產(chǎn)生的諧波，諧波的形狀很分明，可以用濾波器來降低諧波電流。對于六脈沖的控制器，濾波器可去掉20%的五次諧波以及全部的高次諧波，對基波影響甚微。為了避免增益頂峰靠近諧波，必須用解諧的濾波器，而且可能需裝多個濾波器。在12脈沖橋路中最低次的諧波是11次的，此時情況比較簡單。

②裝用隔離變壓器：均衡的三次諧波電流傳回到電源去的問題可以用一臺Dyn接法的隔離變壓器來削弱。使用這種變壓器時，通常裝設(shè)一個旁路的電路以避免在進(jìn)行變壓器的維護(hù)工作時長時期地對負(fù)荷停止供電。在這種情況下，應(yīng)采用中性線有足夠大的通用四芯饋線。在重要的配電系統(tǒng)中，有時把隔離變壓器就地裝在每一配電盤上，使3N次諧波電流與配電系統(tǒng)相隔離。隔離變壓器要適當(dāng)提高額定值，否則也會產(chǎn)生電壓畸變和過熱。

③裝用有源的諧波調(diào)節(jié)器：由變流器/逆變器產(chǎn)生的邊頻帶和諧波不能很好地用普通的濾波器來濾除，這是因為邊頻帶上的頻率是隨傳動裝置的速度而變化的，并且時常很接近于基波頻率。目前有源濾波器日益推廣應(yīng)用，它在工作時主動地注入一個電流來精確地補償由負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流，就會獲得一個純粹的正弦波。這種濾波設(shè)備的工作靠數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)來控制快速絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。因為設(shè)備是與供電系統(tǒng)并聯(lián)工作的，它只控制諧波電流，基波電流并不流過該濾波器。如果所需過濾的諧波電流比濾波器的容量大的話，它只是簡單地起限制作用而使波形得到部分的糾正。

諧波"一詞起源于聲學(xué)。有關(guān)諧波的數(shù)學(xué)分析在18世紀(jì)和19世紀(jì)已經(jīng)奠定了良好的基礎(chǔ)。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應(yīng)用。電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀(jì)20年代和30年代就引起了人們的注意。當(dāng)時在德國，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發(fā)表的有關(guān)變流器諧波的論文是早期有關(guān)諧波研究的經(jīng)典論文。到了50年代和60年代，由于高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，發(fā)表了有關(guān)變流器引起電力系統(tǒng)諧波問題的大量論文。70年代以來，由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴(yán)重。世界各國都對諧波問題予以充分和關(guān)注。國際上召開了多次有關(guān)諧波問題的學(xué)術(shù)會

議，不少國家和國際學(xué)術(shù)組織都制定了限制電力系統(tǒng)諧波和用電設(shè)備諧波的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。

供電系統(tǒng)諧波的定義是對周期性非正弦電量進(jìn)行傅立葉級數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值（n=fn/f1）稱為諧波次數(shù)。電網(wǎng)中有時也存在非整數(shù)倍諧波，稱為非諧波（Non-harmonics）或分?jǐn)?shù)諧波。諧波實際上是一種 干擾量，使電網(wǎng)受到“污染”。電工技術(shù)領(lǐng)域主要研究諧波的發(fā)生、傳輸、測量、危害及抑制，其頻率范圍一般 為2≤n≤40。

諧波是怎么產(chǎn)生的？

電網(wǎng)諧波來自于3個方面：

一是發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波：

發(fā)電機(jī)由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因，發(fā)電源多少也會產(chǎn)生一些諧波，但一般來說很少。

二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波：

輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性，加上設(shè)計變壓器時考慮經(jīng)濟(jì)性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵心的飽和程度有關(guān)。鐵心的飽和程度越高，變壓器工作點偏離線性越遠(yuǎn)，諧波電流也就越大，其中3次諧波電流可達(dá)額定電流0.5%。

三是用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波：

晶閘管整流設(shè)備。由于晶閘管整流在電力機(jī)車、鋁電解槽、充電裝置、開關(guān)電源等許多方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。我們知道，晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路，在接感性負(fù)載時則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量可達(dá)基波的30%；接容性負(fù)載時則含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈整流器，變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流；如果是12脈沖整流器，也還有11次及以上奇次諧波電流。經(jīng)統(tǒng)計表明：由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近40%，這是最大的諧波源。

變頻裝置。變頻裝置常用于風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等設(shè)備中，由于采用了相位控制，諧波成份很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分?jǐn)?shù)次諧波，這類裝置的功率一般較大，隨著變頻調(diào)速的發(fā)展，對電網(wǎng)造成的諧波也越來越多。

電弧爐、電石爐。由于加熱原料時電爐的三相電極很難同時接觸到高低不平的爐料，使得燃燒不穩(wěn)定，引起三相負(fù)荷不平衡，產(chǎn)生諧波電流，經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注入電網(wǎng)。其中主要是2 7次的諧波，平均可達(dá)基波的8% 20%，最大可達(dá)45%。

氣體放電類電光源。熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源。分析與測量這類電光源的伏安特性，可知其非線性十分嚴(yán)重，有的還含有負(fù)的伏安特性，它們會給電網(wǎng)造成奇次諧波電流。

家用電器。電視機(jī)、錄像機(jī)、計算機(jī)、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具等，因具有調(diào)壓整流裝置，會產(chǎn)生較深的奇次諧波。在洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、空調(diào)器等有繞組的設(shè)備中，因不平衡電流的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小，但數(shù)量巨大，也是諧波的主要來源之一。

第三篇：高次諧波的產(chǎn)生及其治理

高次諧波的產(chǎn)生及其治理

一、概述

目前，許多變電所的負(fù)荷中含有大量非線性負(fù)荷，如整流裝置、交-交變頻裝置、煉鋼電弧爐、中頻爐、電力機(jī)車、交流電焊機(jī)、高頻電焊機(jī)、中頻淬火爐、高頻淬火爐、計算機(jī)的開關(guān)電源、帶電子鎮(zhèn)流器的熒光燈等。供電給這些非線性負(fù)荷的系統(tǒng)電壓即使為理想正弦波，它們工作時的電流也是非正弦電流。這些非正弦電流波形按傅氏級數(shù)可以分解為基波及一系列不同頻率和振幅的諧波。諧波頻率為基波頻率的整數(shù)倍時，稱為高次諧波；其頻率為基波頻率的非整數(shù)倍時，稱為分?jǐn)?shù)諧波或旁頻波；其頻率低于基波頻率時，稱為次諧波。諧波電流流經(jīng)系統(tǒng)中包括發(fā)電機(jī)、輸電線、變壓器等各種阻抗元件時，必然產(chǎn)生非正弦的電壓降，使交流系統(tǒng)內(nèi)各點的電壓波形也發(fā)生不同程度的畸變。電壓畸變的程度取決于非線性負(fù)荷容量與電網(wǎng)容量的相對比值以及供電系統(tǒng)對諧波頻率的阻抗，畸變的電壓反過來對整流裝置從系統(tǒng)中取用的電流波形又有影響。因而諧波電流和諧波電壓是相伴而生、相互影響的。

二、諧波危害 2.1通訊干擾

非線性負(fù)荷供電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波對與其鄰近的通訊線路產(chǎn)生靜電感應(yīng)及電磁感應(yīng)，在通訊系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生不良影響。2.2同步發(fā)電機(jī)的影響

電力系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)，特別是以非線性負(fù)荷為主或以發(fā)電電壓直接供給非線性負(fù)荷的同步發(fā)電機(jī)，高次諧波對其有較大不良影響。諧波電流引起定子特別是轉(zhuǎn)子部分的附加損耗和附加溫升，降低了發(fā)電機(jī)的額定出力。2.3對異步電動機(jī)的影響

諧波引起電機(jī)角速度脈動，嚴(yán)重時會發(fā)生機(jī)械共振。對電動機(jī)的功率因數(shù)和最大轉(zhuǎn)矩都有影響。2.4對電力電容器的影響

由于電容器的容抗和頻率成反比，電力電容器對諧波電壓最為敏感。諧波電壓加速電容器介質(zhì)老化，介質(zhì)損失系數(shù)tgδ增大，容易發(fā)生故障和縮短壽命，諧波電流常易使電容器過負(fù)荷而出現(xiàn)不允許的溫升。電容器與電力系統(tǒng)還可能發(fā)生危險的諧振。此時，電容器成倍地過負(fù)荷，響聲異常，熔斷器熔斷，使電容器無法運行。伴隨著諧振，在諧振環(huán)節(jié)常出現(xiàn)過電壓，造成電氣元件及設(shè)備故障或損壞，嚴(yán)重時影響系統(tǒng)的安全運行。

2.5對電纜線路絕緣的影響

對電纜線路，非正弦電壓使絕緣老化加速，漏泄電流增大；當(dāng)出現(xiàn)并聯(lián)諧振過電壓時，可能引起放炮并擊穿電纜。2.6對變壓器的影響 諧波電壓使變壓器激磁電流增大，效率變低，并惡化其功率因數(shù)。諧波放大會造成主變聲音異常。2.7對測量儀的影響

高次諧波會引起電度表誤差，諧波頻率愈高，誤差愈大，且均為負(fù)誤差。

2.8對繼電保護(hù)自動裝置等的影響

當(dāng)諧波電壓水平較高時，對供電系統(tǒng)的電壓自動調(diào)節(jié)的誤差有所增加。負(fù)序系統(tǒng)的高次諧波電流對具有負(fù)序電流諧波濾波裝置的繼電保護(hù)裝置有不良影響。諧波電流惡化甚至破壞利用電力線路作為聯(lián)系通道的遠(yuǎn)動裝置的工作。2.9對整流裝置的影響

高次諧波對脈沖—相位控制的可控硅（晶閘管）整流裝置有較大影響，可能造成脈沖丟失而燒壞可控硅管。

由于諧波的這些危害，所以在設(shè)計和建設(shè)非線性負(fù)荷的配電時，必須滿足國家制訂的諧波標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549-93要求，采取抑制和消除諧波的措施。抑制和消除諧波，主要歸結(jié)為抑制和消除諧波電流，使電壓畸變率和系統(tǒng)注入公共連接點的 諧波電流符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

三、公用電網(wǎng)諧波國家標(biāo)準(zhǔn)

國家標(biāo)準(zhǔn)GBT/14549-93中諧波電壓限值和諧波電流允許值如下： 3.1公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值見表1： 表1電網(wǎng)標(biāo)稱電壓(kv)

電壓總畸變率(％)

各次諧波電壓含有率(％)

奇次

偶次

0.38 5.0 4.0 2.0 6 4.0 3.2 1.6

3.0 2.4 1.2

2.0 1.6 0.8

3.2諧波電流允許值

3.2.1公共連接點的全部用戶向該點注入的諧波電流分量（方均根值）不應(yīng)超過表2中規(guī)定的允許值。當(dāng)公共連接點的最小短路容量不同于基準(zhǔn)短路容量時，表2中的諧波電流允許值的換算為：

Ih=（Sk1/Sk2）×Ihp

式中：Sk1——公共連接點的最小短路容量，MVA； Sk2——基準(zhǔn)短路容量，MVA；

Ihp——表2中的第h次諧波電流允許值，A； Ih——短路容量為Sk1時的第h次諧波電流允許值。表2注入公共連接的諧波電流允許值標(biāo)準(zhǔn) 電壓 kv 基準(zhǔn)短 路容量 MVA

諧波次數(shù)及諧波電流允許值，3 4 5 6 7 8

A 9 10 11 12 13

0.38 10 78 62 39 62 26 44 19 21 16 28 13 24 100 43 34 21 34 14 24 11 11 8.5 16 7.1 13 100 26 20 13 20 8.5 15 6.4 6.8 5.1 9.3 4.3 7.9

250 15 12 7.7 12 5.1 8.8 3.8 4.1 3.1 5.6 2.6 4.7

500 16 13 8.1 13 5.4 9.3 4.1 4.3 3.3 5.9 2.7 5.0

75.12 9.6 6 9.6 4.0 6.8 3.0 3.2 2.4 4.3 2.0 3.7

續(xù)表2注入公共連接的諧波電流允許值標(biāo)準(zhǔn) 電壓 kv 基準(zhǔn)短 路容量 MVA

諧波次數(shù)及諧波電流允許值，A 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 0.38 10 11 12 9.7 18 8.6 16 7.8 8.9 7.1 14 6.5 12 100 6.1 6.8 5.3 10 4.7 9.0 4.3 4.9 3.9 7.4 3.6 6.8 100 3.7 4.1 3.2 6.0 2.8 5.4 2.6 2.9 2.3 4.5 2.1 4.1 35 250 2.2 2.5 1.9 3.6 1.7 3.2 1.5 1.8 1.4 2.7 1.3 2.5

500 2.3 2.6 2.0 3.8 1.8 3.4 1.6 1.9 1.5 2.8 1.4 2.6

750 1.7 1.9 1.5 2.8 1.3 2.5 1.2 1.4 1.1 2.1 1.0 1.9 3.2.2同一公共接點的每個用戶向電網(wǎng)注入的諧波電流允許值按此用戶在該點的協(xié)議容量與其公共接點的供電設(shè)備容量之比進(jìn)行分配。分配的計算方式見下式： Im=Ih(Si/St)1/α

式中：Im——公共接點處第i個用戶的第h次諧波電流允許值，A；

Ih——按式(1)換算的第h次諧波電流允許值，A； Si——第i個用戶的用電協(xié)議容量，MVA；

St——公共接點的供電設(shè)備容量，MVA； α——相位迭加系數(shù)，按表3取值。表3h 3 5 7 11 13

9(>13)偶次

α

1.1 1.2 1.4 1.8 1.9 2

四、諧波電流發(fā)生量 4.1整流裝置諧波電流理論值

整流裝置諧波有特征諧波和非特征諧波之分，特征諧波是指整流裝置運行于正常條件下所產(chǎn)生的諧波。正常條件下的電源為三相對稱系統(tǒng)，供電回路為三相對稱回路。對于可控硅整流裝置而言，各相控制角及特性沒有差異。若整流裝置運行于非正常條件下除產(chǎn)生特征諧波外，還產(chǎn)生非特征諧波。

特征諧波具有間斷性幅值頻譜，其諧波次數(shù)由整流相數(shù)決定?？梢杂靡粋€簡單的通式來表達(dá)。如以p代表相數(shù)（脈波數(shù)），k為正整數(shù)，則特征諧波次數(shù)為n=kp±1。

特征諧波幅值大小與重迭角γ和控制角α及容量有關(guān)，工程應(yīng)用可由曲線查得。

非特征諧波可能具有連續(xù)的幅值頻譜，其諧波次數(shù)不可能用一個簡單的通式來表達(dá)。非特征諧波幅值大小雖可從理論上加以推導(dǎo)，但很困難且不準(zhǔn)確。通常數(shù)值不大，工程上可取In=（0.15～0.2）I1/n。但個別工程由于整流裝置的控制角誤差而引起的非特征諧波值很大，甚至比特征諧波值還大。這時應(yīng)調(diào)整整流裝置的觸發(fā)系統(tǒng)，使非正常諧波值減小。否則，諧波濾波裝置的組數(shù)需增加，投資需增大。4.2交流電弧爐諧波電流發(fā)生量

煉鋼電弧爐在熔化期間內(nèi)，由于電弧特性是非線性的，將產(chǎn)生大量的諧波電流，而且三相電流不平衡，具有較多的3次諧波。從電流波形看出，正負(fù)兩部分也是不對稱的，說明還存在偶次諧波。主要是2次諧波。

電弧爐諧波電流的頻率是一組連續(xù)頻譜，其中整數(shù)諧波2、3、4、5、6、7次的幅值較大，而非整數(shù)次幅值較小。

在熔化期內(nèi)，諧波電流隨電弧電流變化，其峰值與均方根值相差很大。諧波濾波裝置設(shè)計不宜采用瞬時峰值，應(yīng)按最嚴(yán)重一段時間內(nèi)的諧波電流平均值考慮。對一運行的電弧爐，最好通過測試取得。對新建或無條件測試的可參考表三選取。表4n 1 2 3 4 5 6 7

In/I1 100 7~11 8~13 4~6 5~7 2~3 2~3

五、諧波治理方法

5.1增大供電系統(tǒng)對諧波的承受能力；提高系統(tǒng)的短路容量；采用較高電壓供電。

5.2減小諧波發(fā)生量：增加整流裝置的脈動數(shù)、增大換向電抗、改善觸發(fā)對稱度；同類型非線性負(fù)荷盡量集中供電，利用諧波源之間的相位不同相互抵消部分諧波。

5.3避免諧波放大和諧振，選擇合適的電容器組參數(shù)或采用合適參數(shù)串聯(lián)電抗器。5.4安裝電力諧波濾波裝置 加大系統(tǒng)的短路容量難以實現(xiàn)，增加整流器的等效相數(shù)也受到限制，當(dāng)?shù)刃鄶?shù)超過12相時，需增加移相設(shè)備，同時會帶來維修運行上的不便，安裝諧波濾波裝置就成了首選。諧波濾波裝置既能消除諧波，又能補償無功功率，提高功率因數(shù)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。5.5抑制快速變化諧波的措施

快速變化的諧波源(如電弧爐、電力機(jī)車、晶閘管供電的軋機(jī)、卷揚機(jī)等)除產(chǎn)生諧波外，往往還引起供電電壓的波動和閃變，抑制快速變化諧波的技術(shù)措施就是在諧波源處并聯(lián)裝設(shè)靜補裝置，又稱動態(tài)無功補償裝置。靜補裝置的基本結(jié)構(gòu)是由快速可變的電抗器或電容器組合而成。

目前技術(shù)上較成熟，工程上應(yīng)用較多的有下述四種基本形式：

1.自飽和電抗器；2.晶閘管控制電抗器；3.晶閘管控制高漏抗變壓器；4.晶閘管投切電容器。

我公司開發(fā)的“晶閘管過零觸發(fā)裝置”專利技術(shù)，應(yīng)用于晶閘管投切電容器動態(tài)諧波濾波裝置，其動態(tài)響應(yīng)速度達(dá)到了晶閘管控制電抗器動態(tài)諧波濾波裝置性能，其對諧波的吸收效果優(yōu)于晶閘管控制電抗器動態(tài)諧波濾波裝置。5.6有源電力濾波器

有源電力濾波器是運用電力電子技術(shù)，向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相同、方向相反的電流，使流入電源的總諧波電流為零。

目前國內(nèi)有源電力濾波器產(chǎn)品功率較小，價格較高，尚未大量使用。

有源電力濾波器技術(shù)是諧波治理技術(shù)的發(fā)展方向。

六、電力高次諧波濾波裝置 6.1諧波濾波裝置諧波器支路種類 諧波濾波器大致分為以下幾種：（圖一)a：單調(diào)諧諧波濾波器：頻帶窄，濾波效果好，損耗小，調(diào)諧容易，是使用最多的一種類型。

b：雙調(diào)諧諧波濾波器：可代替兩個單調(diào)諧諧波濾波器，只有一個電抗器（L1）承受全部沖擊電壓，但接線復(fù)雜，調(diào)諧困難，僅在超高壓系統(tǒng)中使用。

c：一階高通諧波濾波器：因基波損耗大，一般不采用。d：二階高通諧波濾波器：通頻帶很寬，濾波效果好，但損耗比單調(diào)諧大，通常用于較高次諧波。

e：三階高通諧波濾波器：電容器利用率較高，基波損耗小，但濾波效果不如二階高通諧波濾波器，一般用于電弧爐濾波。

f：“C”式高通諧波濾波器：性能處于二階和三階高通諧波濾波裝置之間，R的基波損耗最小，適用于電弧爐諧波濾波裝置。

最常用的諧波濾波器為單調(diào)諧諧波濾波器和二階高通諧波濾波器。

6.2 諧波濾波器的原理

我們以單調(diào)諧諧波濾波器為例來介紹一下諧波濾波裝置的原理：（圖二）

流入系統(tǒng)的諧波電流為：Isn=In×Xfn/（Xfn+Xsn）其中：

In——諧波電流發(fā)生量； Isn——流入系統(tǒng)的諧波電流； Xsn——系統(tǒng)的諧波阻抗； Xfn——諧波濾波器的總諧波阻抗。

諧波濾波器的總諧波阻抗為：Xfn=Rfn+j（2πfL－1/（2πfC））其中：

Xfn——諧波濾波器的總阻抗； Rfn——諧波濾波器的總電阻 f——流過諧波濾波器的電流的頻率 L——電抗器的電感量 C——電容器的電容量

當(dāng)在某次諧波下2πfL—1/（2πfC）=0時，Isn=InRfn/（Rfn+Xsn）。

一般地，Rfn＜＜Xsn，此時Isn＜＜In。

諧波電流絕大部分流入諧波濾波器，極小部分流入系統(tǒng)。這就是諧波濾波裝置吸收諧波的原理。6.3諧波濾波裝置的設(shè)置原則 諧波濾波裝置的設(shè)置原則如下：

a、諧波濾波裝置投運后，系統(tǒng)電壓總畸變率和流入系統(tǒng)電流必須滿足國家頒布的諧波管理規(guī)定。

b、諧波濾波裝置可安裝在總降變電所或車間。安裝于總降變電所可實現(xiàn)集中濾波和無功補償。安裝于車間可實現(xiàn)無功就地補償。兩者各有利弊。

c、諧波濾波裝置設(shè)計應(yīng)考慮背景諧波和近期發(fā)展的非線性負(fù)荷。留有一定裕量。6.4諧波濾波裝置設(shè)計步驟

6.4.1設(shè)計諧波濾波裝置時用戶應(yīng)提供以下資料：

a、公共連接點（P.C.C.點）的最小短路容量(Sk1，MVA)。b、變壓器銘牌參數(shù)。c、每臺用電設(shè)備容量。

d、諧波源設(shè)備工作方式(整流方式、工作原理)e、最好能提供實測電能質(zhì)量參數(shù)。6.4.2諧波濾波裝置容量的確定 諧波濾波裝置總?cè)萘看_定的基本原則：

a、滿足濾波效果的要求，即保證流入系統(tǒng)的各次諧波電流和母線上的綜合電壓畸變率在國標(biāo)（GB/T14549-93）規(guī)定的范圍之內(nèi)。b、諧波濾波裝置的基波無功輸出要滿足無功功率補償?shù)男枰?。在滿足上述技術(shù)要求前提下，裝置容量不宜過大。一則會使投資增加，二則會使母線或系統(tǒng)電壓升高。6.4.3諧波濾波裝置的支路設(shè)置

諧波濾波裝置一般分為幾個支路，根據(jù)諧波發(fā)生量的次數(shù)和大小設(shè)置各支路的參數(shù)，在滿足負(fù)載無功補償需要量、滿足公共連接點（P.C.C.點）的電壓畸變率和流入系統(tǒng)各次諧波電流要求的前提下，要避免在某次諧波頻率下產(chǎn)生并聯(lián)電流諧振，以保證諧波濾波裝置的長期安全運行。

諧波發(fā)生量的次數(shù)和大小由現(xiàn)場測試或理論計算確定?，F(xiàn)場測試能準(zhǔn)確測量出系統(tǒng)中存在的諧波量的次數(shù)和大小，為諧波濾波裝置的設(shè)計提供準(zhǔn)確的參數(shù)。6.4.4諧波濾波裝置的結(jié)構(gòu)和性能

諧波濾波裝置由濾波電容器、調(diào)諧電抗器、微電感電阻器、柜架、開關(guān)柜等主要設(shè)備組合而成。一般裝有2—4個單調(diào)諧諧波濾波裝置，有時包括一個高通諧波濾波裝置或“C”式諧波濾波裝置，依不同場合具體參數(shù)優(yōu)化設(shè)計而定。6.5諧波濾波裝置的運行操作與維護(hù)保養(yǎng)

a、濾波裝置必須嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行運行操作，投入諧波濾波裝置從低次往高次，切除諧波濾波裝置從高次往低次。b、高壓諧波濾波裝置運行時，任何人不得進(jìn)入安全網(wǎng)門內(nèi)。諧波濾波裝置切除后，經(jīng)10分鐘放電，并進(jìn)行可靠接地后，安全網(wǎng)門內(nèi)方可進(jìn)入。

c、當(dāng)諧波濾波裝置室溫度超過規(guī)定值時，應(yīng)啟動降溫設(shè)備。d、濾波電容器和調(diào)諧電抗器應(yīng)定期測量C（uf）、tgδ、L（mh）、絕緣電阻等。

e、諧波濾波裝置室應(yīng)定期清掃，遇有風(fēng)雪或風(fēng)沙天氣，應(yīng)關(guān)閉門窗。

我公司擁有多套諧波濾波裝置的設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試、運行經(jīng)驗。我們愿為您提供以下服務(wù)： a、諧波在線測量

包括各種非線性負(fù)荷的諧波電流發(fā)生量、引起供電線母線電壓正弦波形畸變率、電力系統(tǒng)背景諧波等。b、諧波評估

實測或理論計算諧波發(fā)生量及其危害的預(yù)測，并提出治理的初步方案。

c、濾波裝置的優(yōu)化設(shè)計

包括設(shè)備參數(shù)選擇、最佳系統(tǒng)設(shè)計和主要組件的設(shè)備設(shè)計以及工廠設(shè)計。

d、提供濾波裝置成套設(shè)備，并進(jìn)行設(shè)備安裝或安裝指導(dǎo)。e、濾波裝置現(xiàn)場調(diào)諧試驗。f、現(xiàn)場裝置的指標(biāo)考核。

第四篇：供電系統(tǒng)中諧波的產(chǎn)生及抑制

供電系統(tǒng)中諧波的產(chǎn)生及抑制

[摘要]本文主要介紹了供電系統(tǒng)中諧波的產(chǎn)生原因和它的危害，及抑制諧波的一般對策。

[關(guān)鍵詞]電網(wǎng) 諧波 危害 抑制措施 發(fā)展 標(biāo)準(zhǔn)

引言

近年來，產(chǎn)生諧波的設(shè)備類型及數(shù)量均已日劇增，并將繼續(xù)增長。本文主要介紹諧波產(chǎn)生的原因和它的危害，以及抑制供電系統(tǒng)諧波的一般對策。

一、概述

在理想情況下，優(yōu)質(zhì)的電力供應(yīng)應(yīng)該提供有正弦波的電壓。但在實際中供電電壓的波形會由于某些原因而偏離正弦波形，即產(chǎn)生諧波。我們所說的供電系統(tǒng)中的諧波之一是一些諧波為基波頻率（在我國取工業(yè)用電頻率50HZ為基波頻率）整數(shù)倍的正弦波分量，又稱為高次諧波。這些非線性負(fù)荷在工作時向電源反饋高次諧波，導(dǎo)致供電系統(tǒng)的電壓，電流波形畸變，使電力變壞。諧波還會引起電氣設(shè)備附加損耗和發(fā)熱,縮短使用壽命，甚至損壞。諧波注入電網(wǎng)后使無功加大，功率因數(shù)降低，甚至有可能引發(fā)并聯(lián)或串聯(lián)諧振，損壞電氣設(shè)備以及干擾通信線路的正常工作。因此，諧波是電力質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。所以諧波問題引起各界的廣泛關(guān)注，為保證供電系統(tǒng)中所有的電氣、電子設(shè)備能在電磁兼容意義的基礎(chǔ)上進(jìn)行正常諧波的工作，必須采取有力的措施，抑制并防止電網(wǎng)因諧波危害所造成的嚴(yán)重后果。

二、什么是諧波？供電系統(tǒng)的諧波是怎么定義的？

“諧波”一詞起源于聲學(xué)。有關(guān)諧波的數(shù)學(xué)分析在18世紀(jì)和19世紀(jì)奠定了良好的基礎(chǔ)。傅利葉等提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應(yīng)用。電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀(jì)20年代和30年代就引起了人們的注意。當(dāng)時在德國，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945 J.C.Read發(fā)表的有關(guān)變流器諧波的論文是早期有關(guān)諧波研究的經(jīng)典論文。到了50年代和60年代，由于高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，發(fā)表了有變流電力系統(tǒng)、工業(yè)、交流及家庭中的應(yīng)用日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴(yán)重。世界各國都對諧波問題予以充分和關(guān)注。國際上召開了多次有關(guān)諧波問題的學(xué)術(shù)會議，不少國家和國際學(xué)術(shù)組織都制定了限制電力系統(tǒng)諧波和用電設(shè)備諧波的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。

供電系統(tǒng)諧波的定義是對周期性非正弦電量進(jìn)行傅利葉級數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值（n=fn/f1)稱為諧波次數(shù)。電網(wǎng)中有時也存在非整數(shù)倍諧波，稱為非諧波(Non-harmonics)或分?jǐn)?shù)諧波。諧波實際上是一種干擾量，使電網(wǎng)受到“污染”。電工技術(shù)領(lǐng)域主要研究諧波的發(fā)生、傳輸、測量、危害及抑制。

三、諧波的產(chǎn)生

在理想的干凈供電系統(tǒng)中，電流和電壓都是正弦波的。再致函線性元件（電阻、電感及電容）的簡單電路里，流過的電流與施加的電壓成正比，流過的電流是正弦波。

在實際的供電系統(tǒng)中，由于有線性非負(fù)荷的存在，當(dāng)電流流過與所加電壓不成線性關(guān)系的負(fù)荷時，就形成非正弦波電流。任何周期頂波形均可分解為一個基頻正弦波加上許多諧波頻率的正弦波。諧波頻率是基頻的整數(shù)倍，例如基頻為50Hz，二次諧波為100Hz，三次諧波則為150Hz。因此畸變的電流波形可能有二次諧波、三次諧波……可能直到第三十次諧波組成。

供電網(wǎng)諧波來自三方面：

1．發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生的諧波

發(fā)電機(jī)由于三相繞組在制作上很難做到絕緣對稱，鐵心也很難做到絕對平均抑制和其他一些原因，發(fā)電源多少也會產(chǎn)生一些諧波，但一般很少。

2．輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波

輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵芯的飽和，磁化曲線的非線性，加上設(shè)計變壓器是考慮經(jīng)濟(jì)性，其工作磁密度選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電力城尖頂波形，因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵芯的飽和程度有關(guān)。鐵芯的飽和程度越高，變壓器工作點偏離線性越遠(yuǎn)，諧波電流也就越大，其中3次諧波電流可達(dá)額定電流的0.5%。

3．用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波

晶閘管整流設(shè)備。由于晶閘管整流在電力機(jī)車、鋁電解槽、充電裝置、開關(guān)電源大等許多方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。我們知道，晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單向整流電路，在接感性負(fù)載時則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量可達(dá)基波的30%；接容性負(fù)載時則有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值得增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈沖整流器，變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流;如果是12脈沖整流器，也有11次及以上奇次諧波電流。經(jīng)統(tǒng)計表明：有整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近40%，這是最大的諧波源。

變頻裝置：變頻裝置常用于風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等設(shè)備中，由于采用了相位控制，諧波成分很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有份數(shù)次諧波，這類裝置的功率他、一般較大，隨著變頻調(diào)速的發(fā)展，對電網(wǎng)造成的諧波也越來越多。

電弧爐、電石爐：由于加熱原料時電爐的三相電極很難同時接觸到高地不平的爐料，使得燃燒不穩(wěn)定，引起三相負(fù)荷比平衡，產(chǎn)生諧波電流，經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注入電網(wǎng)。其中主要是2 7次的諧波，平均可達(dá)基波的8%、20%，最大可達(dá)45%。

氣體放電光源：熒光燈、高壓汞燈、高壓納燈與金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源。分與測量也累電源的伏安特性，可知其非線性十分嚴(yán)重，有的還含有負(fù)的伏安特性，他們會給電網(wǎng)造成奇次諧波電流。

家用電器：電視機(jī)、錄像機(jī)、計算機(jī)、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具等，因具有跳崖整流裝置，會生產(chǎn)較深的奇次諧波。在洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、空調(diào)等有繞組的設(shè)備中，因不平衡電流的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小，但數(shù)量巨大，也是諧波的主要來源之一。

隨著電力電子設(shè)備使用的不斷增加，同時這些設(shè)備產(chǎn)生的諧波又具有較大的振幅，所以目前它們是供電系統(tǒng)中的主要諧波源。

四、諧波的危害

以前由于接入供電系統(tǒng)的非線性設(shè)備較小，綁在系統(tǒng)中引起的諧波電流也很小，所以對電力質(zhì)量的影響不大。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展人們的生活水平日益提高，使用大功率半導(dǎo)體開關(guān)器件以及此類開關(guān)電源的產(chǎn)品，如電視機(jī)、空調(diào)器、節(jié)能燈、調(diào)光器、洗衣機(jī)、微波爐，信息技術(shù)設(shè)備等雖屬涌入居民家庭，雖然每臺設(shè)備向電網(wǎng)注入的諧波電流不大，但這些設(shè)備數(shù)量大、分布廣。有些家用電器如電視機(jī)、空調(diào)器等在使用時具有集中的特點，在某些時段會使注入到電網(wǎng)的諧波電流對公用造成諧波問題特別突出，這不但使接入該電網(wǎng)的設(shè)備無法正常工作，甚至造成故障，而且還會使供電系統(tǒng)中性線承受的電流超載，影響供電系統(tǒng)的電力輸送。因此諧波問題得到各有關(guān)方面的高度重視。

供電系統(tǒng)中的諧波危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（一）增加了發(fā)、輸、供和用電設(shè)備的附加損耗，使設(shè)備發(fā)熱，降低設(shè)備的效率和利用率。

由于諧波電流的頻率為基波頻率的整數(shù)倍，高頻電流流過導(dǎo)體時，因集膚效率的作用，使導(dǎo)體對諧波電流的有效電阻增加，從而增加了設(shè)備功率損耗、電能損耗、使導(dǎo)體的發(fā)熱嚴(yán)重。

1．對電動機(jī)的影響

諧波對電動機(jī)的危害主要是產(chǎn)生附加損耗和轉(zhuǎn)矩。由于集膚效應(yīng)、磁滯、渦流等隨著頻率的增高而使在電動機(jī)的鐵芯和繞組中產(chǎn)生的附加損耗增加.諧波電流產(chǎn)生的諧波轉(zhuǎn)矩對電動機(jī)的平均轉(zhuǎn)矩的影響不大，但諧波會產(chǎn)生顯著的脈沖轉(zhuǎn)矩，可能出現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸扭曲振動的問題。這種振蕩力矩是電機(jī)的轉(zhuǎn)子元件發(fā)生扭振,會縮短電動機(jī)使用壽命，甚至損壞。

2．對變壓器的影響

諧波電流式變壓器的銅耗增加，特別是3次及其倍數(shù)次諧波對三角形連接的變壓器，會在其繞組中形成環(huán)流，使繞組過熱;對全星形連接的變壓器。當(dāng)繞組中性點接地，而該側(cè)電網(wǎng)中分布電容較大或者裝有中性點接地的并聯(lián)電容器時?？赡艹?次諧波諧振，使變壓器附加損耗增加。

3．對輸出電線路的影響

諧波電流使輸電線路的電能損耗增加。當(dāng)注入電網(wǎng)的諧波頻率位于在網(wǎng)絡(luò)諧振點附近的諧振區(qū)內(nèi)時，對輸電線路和電力電纜線路會造成絕緣擊穿。

4．對電力電容器的影響

含有電力諧波的電壓加在電容器兩端時，由于電容器對電力諧波阻抗很小，諧波電流疊加在電容器的基波上，使電容器電流變大，溫度升高，壽命縮短，引起電容器過負(fù)荷甚至爆炸，同時諧波還可能與電容器一起在電網(wǎng)中造成電力諧波諧振，使故障加劇。

（二）影響繼電保護(hù)和自動裝置的工作和可靠性

特別對于電磁式繼電器來說，電力諧波常會引起繼電保護(hù)及自動裝置誤動或拒動，使其動作失去選擇性，可靠性降低，容易造成系統(tǒng)事故，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運行。

（三）影響電力測量和計量儀器的指示和計量準(zhǔn)確性

在有諧波源的情況下，諧波源用戶處的電能表記錄了該用戶吸收的基波電能并扣除一小部分諧波電能，從而諧波源雖然污染了電網(wǎng)，卻反而少交電費；而與此同時，在線性負(fù)荷用戶處，電能表記錄的該用戶吸收的基波電能及部分的諧波電能，這部分電能不但使線性負(fù)荷性能變壞，而且還要多交電費。電子式表更不利于供電部門而有利于非線性負(fù)荷用戶。

（四）干擾通訊信息通的工作

電力線路上流過的幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場耦合時，會在鄰近電力線的通信線路中產(chǎn)生干擾電壓，干擾通信系統(tǒng)的工作，影響通信線路通話的清晰度，甚至在極端的情況下，還會威脅著通信設(shè)備和人員的安全。

（五）對用電設(shè)備的危害

諧波會使電視機(jī)、計算機(jī)的圖形畸變，畫面亮度發(fā)生波動變化，并使機(jī)內(nèi)的元件出現(xiàn)過熱，使計算機(jī)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤。對于帶有啟動鎮(zhèn)流器和提高功率因數(shù)用電容器的熒光燈及汞燈來說，會因為在一定參數(shù)的配合下，形成某次諧波頻率下的諧振，使鎮(zhèn)流器或電容器因過熱而損壞。對于采用晶閘管的變頻裝置，諧波可能使晶閘管誤動作，或使控制回路誤觸發(fā)。

（六）諧波對人體的影響

從人體生理學(xué)來說，人體細(xì)胞在受刺激興奮時，會在細(xì)胞膜靜息點為基礎(chǔ)上發(fā)生快速電波動可逆翻轉(zhuǎn)，其頻率如果與諧波頻率相近，電網(wǎng)諧波的電磁輻射就會直接影響人的腦磁場與心磁場。

五、抑制供電系統(tǒng)諧波的一般對策

諧波問題是關(guān)系到供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量的一個重要問題，它不但于供電部門有關(guān)，而且還關(guān)系到廣大電力用戶扣電氣設(shè)備制造廠的切身利益。為減少供電系統(tǒng)的諧波問題，一般從管理上和技術(shù)措施上采取以上幾種方面的對策：

1．貫徹性有關(guān)諧波的國家標(biāo)準(zhǔn)，加強諧波管理

我國于1998年12月14日發(fā)布了國家標(biāo)準(zhǔn)GB17625.1-1998 《低壓電器及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值（設(shè)備沒想輸入電流小于等于16A）》，等于采用IEC6100-3-2：1995，但在技術(shù)內(nèi)容上與該國際標(biāo)準(zhǔn)完全一致。GB17625.1規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)接入公用低壓配電系統(tǒng)中的電氣、電子設(shè)備（每相輸出電流小于等于16A）可能產(chǎn)生的諧波的限值。只有經(jīng)過實驗證實該電子產(chǎn)品注入系統(tǒng)的總體諧波電流水平加以限制。

該標(biāo)準(zhǔn)對一線四類設(shè)備確定諧波電流時流時發(fā)射限值：Ａ類設(shè)備：平衡的三項設(shè)備以及除Ｂ、Ｃ和Ｄ類設(shè)備；Ｂ類設(shè)備：便攜式電動工具；Ｃ類設(shè)備；包括調(diào)光裝置的照明設(shè)備：Ｄ類設(shè)備：輸入電流具有標(biāo)準(zhǔn)所定義的“特殊波形”且其有功功率步大于600W的設(shè)備。

該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了實驗電路和實驗電源的要求、對測量設(shè)備的要求和實驗條件的內(nèi)容。

目前，全國電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)委員會正在組織有關(guān)專家對GB17625。1進(jìn)行修訂，使該標(biāo)準(zhǔn)更加適應(yīng)市場的需求和操作更容易、簡便。

此外，1993年頒發(fā)的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1454

9-1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，該標(biāo)準(zhǔn)考慮了不同諧波源疊加計算的方法，規(guī)定了各級電網(wǎng)電壓諧波總畸變率和用戶諸如電網(wǎng)的諧波電流容許值，對限制公用電網(wǎng)中的諧波起到了積極的工作。

認(rèn)真貫徹執(zhí)行有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于限制諧波的規(guī)定，就能從總體上控制供電系統(tǒng)中的諧波水平，保證供電系統(tǒng)供給優(yōu)質(zhì)的電力質(zhì)量。

2．三相整流變壓器采用Y/△或△/Y的接線形式，這樣可以消除3的整數(shù)倍次的電力諧波，從而使注入電網(wǎng)的諧波電流只有5、7、11……等次諧波。

3．裝設(shè)靜止無功補償裝置，對大型電弧爐及晶閘管控制的軋鋼機(jī)等非線性設(shè)備，由于其負(fù)荷是沖擊性的，而且是隨機(jī)的，因此宜裝設(shè)能吸收動態(tài)諧波電流的靜止無功補償裝置，提高供電系統(tǒng)承受諧波的能力。

4．對于大容量的電力設(shè)備，特別是大容量的電容器組，回路內(nèi)增設(shè)限流裝置或串聯(lián)電抗器，以抑制電力諧波的產(chǎn)生。

5．對容量在100kVA及以上整流裝置和非線性設(shè)備的用戶，必須增設(shè)分流濾波裝置，就近吸收電力諧波。

6．增加整流變壓器二次側(cè)的相數(shù)。

7．選擇合理的供電電壓，并盡可能保持三相電壓平衡。

8．換流裝置是供電系統(tǒng)的主要諧波源之一，可以采用增加換流裝置的相數(shù)，有效的消除幅值較大的低頻項，從而大大地降低了諧波電流的有效值。

總之，一方面要嚴(yán)格限制諧波的發(fā)射水平。另一方面還要設(shè)法提高設(shè)備自身的抗諧波干擾的能力，改善諧波保護(hù)性能，做到真正意義上的電磁兼容。

六、結(jié)束語

解決供電系統(tǒng)中的諧波問題，必須要供電部門、電力用戶和設(shè)備制造商三方面都已電磁兼容的理想為基本出發(fā)點。一方面，產(chǎn)生諧波的部門和單位要盡量限制諧波的發(fā)射水平；另一方面，供電部門和電力用戶都要想方設(shè)法提高設(shè)備抗御諧波騷擾的能力。只有這樣供、用、造三方才能搞好治理諧波這項系統(tǒng)工程的工作。

參考文獻(xiàn)

[1]郎維川，供電系統(tǒng)中諧波的產(chǎn)生、危害及其防護(hù)對策《高電壓技術(shù)》，2006.2

[2]GB 17625.1-1998 低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值(設(shè)備每相輸入電流<=16A)(EQV61000-3-2:1995)

[3]吳競昌，《供電系統(tǒng)諧波》[M]，中國電力出版社，1998.5

第五篇：變頻器應(yīng)用 諧波產(chǎn)生對電力系統(tǒng)影響及相應(yīng)措施

變頻器廣泛應(yīng)用對電力系統(tǒng)的影響 引言

變頻器主要用于交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是理想的調(diào)速方案，隨著中國經(jīng)濟(jì)的整體快速發(fā)展，市場對產(chǎn)品的要求逐步提高，變頻調(diào)速以其自身所具有的調(diào)速范圍廣、調(diào)速精度高、動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點，在許多需要精確速度控制的應(yīng)用中發(fā)揮著提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的作用。其除了具有優(yōu)良的調(diào)速性能之外，還有顯著的節(jié)能效果，不僅在相關(guān)工業(yè)行業(yè)，變頻家電在節(jié)約電費、提高家電性能、保護(hù)環(huán)境等方面的優(yōu)勢也得到了用戶的普遍認(rèn)可和廣泛應(yīng)用[1][2]。

然而變頻器在節(jié)能、改善人類生活環(huán)境、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及提高工業(yè)自動化程度方面做出巨大貢獻(xiàn)的同時也將產(chǎn)生一些負(fù)面效應(yīng)。變頻器產(chǎn)生諧波

變頻器根據(jù)有無中間直流環(huán)節(jié)來分，可以分為交交變頻器和交直交變頻器，在交直交變頻器中，按中間直流濾波環(huán)節(jié)的不同，可分為電壓源型和電流源型。交交變頻器結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，其只能降低頻率，同時輸出電壓波形中含有較大的諧波，輸入電流諧波嚴(yán)重且功率因數(shù)低，在很多應(yīng)用領(lǐng)域，這些都是不能接受的技術(shù)缺陷，往往采用具有中間直流環(huán)節(jié)的交直交變頻器。

交直交變頻器結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示，由于交直交變頻器中含有整流電路，可控硅元件的導(dǎo)通與關(guān)斷同樣會因其非線性產(chǎn)生諧波，從設(shè)備流出的諧波因變流器回路的種類及其運轉(zhuǎn)狀態(tài)、系統(tǒng)條件等不同產(chǎn)生不同的影響[3]。

2.1 諧波的產(chǎn)生

變頻器輸入部分電壓主波形為正弦波，但電流波形為非正弦波，這是由整流環(huán)節(jié)及其開關(guān)元件的參數(shù)離散所引起的[4]。目前，變頻器大部分采用三相橋式整流電路，輸入電流的波形為三相對稱的矩形波，經(jīng)傅立葉級數(shù)分解為基波和6n+1次特征諧波（n=l，2，3，），但實際上由于存在換相重疊角、觸發(fā)脈沖不平衡等不定因素，使得少量的非特征諧波同時存在。諧波含有率隨變頻器輸出電壓升高而減小，而基本不受其輸出頻率和電流的影響[7]。具體輸入側(cè)電流各次諧波的實測值見圖3，可見主要是5次、7次、11次、13次等特征諧波，同時含有少量的非特征諧波[5]。

圖4 電壓性逆變器的輸出電壓

變頻器逆變環(huán)節(jié)往往采用正弦脈寬調(diào)制法（SPWM）法，其輸出部分線電壓是正弦脈寬、幅值相等的窄矩形波，其三相的相電壓是階梯波，如圖4所示，其非線性是由SPWM脈寬調(diào)制的性質(zhì)所定的；電流波形和載波頻率比有關(guān)，載波頻率比越高，越接近正弦波，波形中會含有和載波頻率相關(guān)的高次諧波，高次諧波電流對負(fù)載直接干擾，還會通過電纜向空間輻射，干擾鄰近電氣設(shè)備。

隨著變頻器在各行各業(yè)的應(yīng)用面擴(kuò)大，單機(jī)容量的加大和使用變頻器的總?cè)萘康脑龃螅虼酥C波污染電源及對周圍其他設(shè)備的影響就日益嚴(yán)重，甚至造成其他電子設(shè)備不能正常工作。特別是供電線路上通常連接電力電容器，很容易產(chǎn)生并聯(lián)諧振，使整流器和其它電器設(shè)備因過電流絕緣損壞或燒壞。這樣的事故近幾年的發(fā)生率呈上升趨勢。

2.2 變頻器周圍電氣設(shè)備受諧波的影響

連接變頻器的電源系統(tǒng)往往有并聯(lián)有電力電容器、發(fā)電機(jī)、變壓器、電動機(jī)等負(fù)載，變頻器產(chǎn)生的高次諧波電流按著各自的阻抗分配到電源系統(tǒng)和并聯(lián)負(fù)載．下面敘述高次諧波電流對各電器設(shè)備的影響。

（1）電力電容器

根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一般電容器最大電流只允許35％的超載。實際運轉(zhuǎn)時由于諧波的影響常發(fā)生嚴(yán)重過載。電容器阻抗隨頻率的增加而減少，故產(chǎn)生諧波時，電容器即成為一陷流點流人大量電流，導(dǎo)致過熱、增加介電質(zhì)的應(yīng)力，甚至損壞電力電容器。當(dāng)電容器與線路阻抗達(dá)到共振條件時，會發(fā)生振動短路、過電流及產(chǎn)生噪聲[8]。

（2）同步發(fā)電機(jī)

變頻器產(chǎn)生的高次諧波電流在同步發(fā)電機(jī)的激磁繞組中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，引起損耗增加，可能導(dǎo)致電機(jī)過熱、絕緣降低、壽命縮短等[2]。

（3）變壓器

電流諧波將增加變壓器銅損，電壓諧波將增加鐵損，綜合效果是使變壓器溫度上升，影響其絕緣能力，并造成容量裕度減小。諧波也可能引起變壓器繞組及線間電容之間共振，及引起鐵心磁通飽和而產(chǎn)生噪聲。（4）電動機(jī)

諧波會引起電動機(jī)附加發(fā)熱，導(dǎo)致電動機(jī)額外溫升，電動機(jī)往往要降額使用。如果輸入電動機(jī)的波形失真，會增加其重復(fù)峰值電壓，影響電動機(jī)的絕緣 [2]。

（5）電力電子設(shè)備

電力電子設(shè)備在多種場合是產(chǎn)生諧波的諧波源，但他自身也很容易感受諧波失真而誤動作。這種設(shè)備靠著電壓的過零點或電壓波形來控制或操作，若電壓有諧波成分時，零點移動、波形改變，造成許多誤動作[6]。（6）保護(hù)繼電器

由于高次諧波的影響，可能引起繼電器過電壓、產(chǎn)生絕緣損壞、振動引起的機(jī)械破壞等等。對于以有效值為基準(zhǔn)而動作的繼電器，高次諧波的存在使得繼電器在接近額定值處也有誤動作的可能[3]。

（7）指示電氣儀表

電能表等計量儀表會因諧波而造成感應(yīng)轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生額外的電磁轉(zhuǎn)矩，引起誤差，降低精確度。20％的5次諧波將產(chǎn)生10％-15％的誤差。過大的諧波電流，也很容易使儀器里的線圈損壞[8]。

2.3 變頻器諧波抑制措施

對小容量的通用變頻器，高次諧波很少成為問題，但當(dāng)使用的變頻器容量大或數(shù)量多時，往往就會產(chǎn)生高次諧波電流和高次諧波干擾問題，因此對于高次諧波先采取適當(dāng)?shù)膶Σ吆皖A(yù)防措施是非常重要的。

2.3.1 改善變頻器結(jié)構(gòu)

可以從變頻器自身硬件結(jié)構(gòu)或者整個變頻系統(tǒng)的構(gòu)建方式和設(shè)備選擇等方面考慮，從根本上減少變頻系統(tǒng)注入電網(wǎng)的諧波、無功等污染。（1）變頻系統(tǒng)的供電電源與其他設(shè)備的供電電源相互獨立，或在變頻器和其他用電設(shè)備的輸入側(cè)安裝隔離變壓器[9]；

（2）在整流環(huán)節(jié)采用多重化技術(shù)，提高脈波數(shù)，可以有效地提高特征諧波次數(shù)，降低特征諧波幅值。對于大容量晶閘管變頻器可以采取這種方法，利用多重化抑制流向電源側(cè)的高次諧波[11]；

5678另外，還可以綜合整流、逆變環(huán)節(jié)考慮，合理確定整流和逆變電路的開關(guān)觸發(fā)角，使整流電路輸入電流的三相波形盡量對稱，這個方面還有待進(jìn)一步的研究。不合格電能對變頻器本身的影響

變頻器產(chǎn)生諧波以及造成功率因數(shù)不平衡破壞電網(wǎng)的電能質(zhì)量，大量變頻器的廣泛應(yīng)用對電網(wǎng)造成的污染越來越嚴(yán)重，首當(dāng)其沖的是影響到其自身的正常運行。變頻器產(chǎn)生的諧波電流在系統(tǒng)阻抗上產(chǎn)生壓降，使得其輸入電壓波形發(fā)生畸變，長時間運行在這樣的環(huán)境下，開關(guān)損耗大大增加，開關(guān)元件壽命大大縮短，變頻器很容易損壞；變頻器在輸入波形失真的情況下長時間運行，會導(dǎo)致整流環(huán)節(jié)控制失靈[6]，引起開關(guān)元件誤動作，甚至在開關(guān)過程產(chǎn)生過電壓燒壞元器件；如果不及時采取相應(yīng)措施改善輸入波形，不僅影響到變頻器的正常工作，還會造成分別與變頻器輸入端和輸出端連接的相關(guān)電氣設(shè)備燒損。這樣的實例也越來越多，在近幾年的工作中已經(jīng)多次目睹類似事故。結(jié)束語

大量變頻器的廣泛應(yīng)用對電網(wǎng)造成的污染越來越嚴(yán)重，以諧波污染最為典型，其他方面的不良影響也隨著對變頻器的深入研究開始逐漸凸現(xiàn)，放任問題的嚴(yán)重化和擴(kuò)大化而不提前采取合理有效的措施，無論從諧波治理效果還是治理成本方面考慮都是流失最佳時機(jī)。本文從硬件結(jié)構(gòu)、控制策略以及外接濾波電路等三個方面提出了一系列抑制變頻器諧波污染的方法和措施，變頻器不同環(huán)節(jié)產(chǎn)生的諧波有針對的抑制措施，對于變頻系統(tǒng)一個整體而言，綜合應(yīng)用各種措施對于改善變頻系統(tǒng)的輸入輸出波形指標(biāo)會更有效；另外本文對變頻器低載時產(chǎn)生的輸入電流不對稱引起功率因數(shù)不平衡現(xiàn)象作了分析，并提出了相應(yīng)的改善建議。