第一篇：電網(wǎng)中高次諧波的危害及抑制措施

電網(wǎng)中高次諧波的危害及抑制措施

摘要：

電力電子技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)了近代電力系統(tǒng)的發(fā)展，但同時(shí)也給電力系統(tǒng)帶來了嚴(yán)重的諧波污染問題。高次諧波已成為電力系統(tǒng)的一大“公害”，必須采取有效的措施來加以抑制。本文介紹了電網(wǎng)中諧波污染的原因及對系統(tǒng)設(shè)備造成的危害，并探討了其有效的抑制方法。

關(guān)鍵詞：

高次諧波;電網(wǎng);諧波抑制 引言

隨著電力電子器件及微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，大量的非線性用電設(shè)備廣泛應(yīng)用于冶金、鋼鐵、能源、交通、化工等工業(yè)領(lǐng)域，如電解裝置、電氣機(jī)車、軋鋼機(jī)械和高頻設(shè)備等接入電力網(wǎng)，是電網(wǎng)的諧波污染狀況日益嚴(yán)重，降低了系統(tǒng)的電能質(zhì)量。

1.諧波產(chǎn)生的原因

電力網(wǎng)中的諧波有多種來源，在電力的生產(chǎn)，傳輸、轉(zhuǎn)換和使用的各個(gè)環(huán)節(jié)中都會(huì)產(chǎn)生諧波。

在其它幾個(gè)環(huán)節(jié)中，諧波的產(chǎn)生主要是來自下列具有非線性特性的電氣設(shè)備：(1)具有鐵磁飽和特性的鐵芯沒備，如：變壓器、電抗器等；(2)以具有強(qiáng)烈非線性特性的電弧為工作介質(zhì)的設(shè)備，如：氣體放電燈、交流弧焊機(jī)、煉鋼電弧爐等；(3)以電力電子元件為基礎(chǔ)的開關(guān)電源設(shè)備，如：各種電力變流設(shè)備(整流器、逆變器、變頻器)、相控調(diào)速和調(diào)壓裝置，大容量的電力晶閘管可控開關(guān)設(shè)備等，它們大量的用于化工、電氣鐵道，冶金，礦山等工礦企業(yè)以及各式各樣的家用電器中。以上這些非線性電氣設(shè)備(或稱之為非線性負(fù)荷)的顯著的特點(diǎn)是它們從電網(wǎng)取用非正弦電流，即使電源給這些負(fù)荷供給的是正弦波形的電壓，但由于它們只有其電流不隨著電壓同步變化的非線性的電壓、電流特性，使得流過電網(wǎng)的電流是非正弦波形的，這種電流波形是由基波和與基波頻率成整數(shù)倍的諧波組成，即產(chǎn)生了諧波，使電網(wǎng)電壓嚴(yán)重失真，此外電網(wǎng)還必須向這類負(fù)荷產(chǎn)生的諧波提供額外的電能。

接入低壓電力系統(tǒng)的非線性設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流可分為穩(wěn)定的諧波和變化的諧波兩大類。穩(wěn)定的諧波電流是指由這種諧波的幅度不隨時(shí)間變化，如視頻顯示設(shè)備和測試儀表等產(chǎn)生的諧波，這類設(shè)備對電網(wǎng)來說表現(xiàn)為恒定的負(fù)載。由激光打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、微波爐等產(chǎn)生的各次諧波的幅值隨時(shí)間變化，稱之為波動(dòng)的諧波，這類設(shè)備對電網(wǎng)來說是一個(gè)隨時(shí)間變化的負(fù)載。

隨著電力電子設(shè)備使用的不斷增加，同時(shí)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。

2.諧波的危害

大量諧波電流流入電網(wǎng)后，由電網(wǎng)阻抗產(chǎn)生諧波壓降，疊加在電網(wǎng)基波上，引起電網(wǎng)的電壓畸變，致使電能質(zhì)量變差。當(dāng)注入公用電網(wǎng)的諧波超過一定值時(shí)，會(huì)對電網(wǎng)自身及用電設(shè)備的正常運(yùn)行造成損害：在某些時(shí)段會(huì)使注入到電網(wǎng)的諧波電流對公用電網(wǎng)造成的諧波問題特別突出，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(huì)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。

電網(wǎng)中的諧波危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

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

(1)對旋轉(zhuǎn)電機(jī)的影響

諧波對旋轉(zhuǎn)電機(jī)的危害主要是產(chǎn)生附加的損耗和轉(zhuǎn)矩。由于集膚效應(yīng)、磁滯、渦流等隨著頻率的增高而使在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的鐵心和繞組中產(chǎn)生的附加損耗增加。在供電系統(tǒng)中，用戶的電動(dòng)機(jī)負(fù)荷約占整個(gè)負(fù)荷的85%左右。因此，諧波使電力用戶電動(dòng)機(jī)總的附加損耗增加的影響最為顯著。試驗(yàn)表明，在額定出力下持續(xù)承受為3%額定電壓的負(fù)序電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)的絕緣壽命要減少一半。因此，國際上一般建議在持續(xù)工作的條件下，電動(dòng)機(jī)承受的負(fù)序電壓不宜超過額定電壓的2%。

諧波電流產(chǎn)生的諧波轉(zhuǎn)矩對電動(dòng)機(jī)的平均轉(zhuǎn)矩的影響不大，但諧波會(huì)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(dòng)的問題。這種振蕩力矩使汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子元件發(fā)生扭振，并使汽輪機(jī)葉片產(chǎn)生疲勞循環(huán)。

(2)對變壓器的影響

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

(3)對輸電線路的影響

由于輸電線路阻抗的頻率特性，線路電阻隨著頻率的升高而增加。在集膚效應(yīng)的作用下，諧波電流使輸電線路的附加損耗增加。在供應(yīng)電網(wǎng)的損耗中，變壓器和輸電線路的損耗占了大部分，所以諧波使電網(wǎng)網(wǎng)損增大。諧波還使三相供電系統(tǒng)中的中性線的電流增大，導(dǎo)致中性線過載。輸電線路存在著分布的線路電感和對地電容，它們與產(chǎn)生諧波的設(shè)備組成串聯(lián)回路或并聯(lián)回路時(shí)，在一定的參數(shù)配合條件下，會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振。當(dāng)注入電網(wǎng)的諧波的頻率位于在網(wǎng)絡(luò)諧振點(diǎn)附近的諧振區(qū)內(nèi)時(shí)，會(huì)激勵(lì)電感、電容產(chǎn)生部分諧振，形成諧波放大。在這種情況下，諧波電壓升高、諧波電流增大將會(huì)引起繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)，以至損壞設(shè)備，與此同時(shí)還可產(chǎn)生相當(dāng)大的諧波網(wǎng)損。

(4)對電力電容器的影響

隨著諧波電壓的增高，會(huì)加速電容器的老化，使電容器的損耗系數(shù)增大、附加損耗增加，從而容易發(fā)生故障和縮短電容器的壽命。另一方面，電容器的電容與電網(wǎng)的感抗組成的諧振回路的諧振頻率等于或接近于某次諧波分量的頻率時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生諧波電流放大，使得電容器因過熱、過電壓等而不能正常運(yùn)行。

ⅱ 影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的工作和可靠性

諧波對電力系統(tǒng)中以負(fù)序(基波)量為基礎(chǔ)的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的影響十分嚴(yán)重，這是由于這些按負(fù)序(基波)量整定的保護(hù)裝置，整定值小、靈敏度高。如果在負(fù)序基礎(chǔ)上再疊加上諧波的干擾(如電氣化鐵道、電弧陸等諧波源還是負(fù)序源)則會(huì)引起發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)誤動(dòng)(若誤動(dòng)引起跳閘，則后果嚴(yán)重)、變電站主變的復(fù)合電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)裝置負(fù)序電壓元件誤動(dòng)，母線差動(dòng)保護(hù)的負(fù)序電壓閉鎖元件誤動(dòng)以及線路各種型號的距離保護(hù)、高頻保護(hù)、故障錄波器、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置等發(fā)生誤動(dòng)，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

ⅲ 使測量和計(jì)量儀器的指示和計(jì)量不準(zhǔn)確

由于電力計(jì)量裝置都是按50Hz的標(biāo)準(zhǔn)的正弦波設(shè)計(jì)的，當(dāng)供電電壓或負(fù)荷電流中有諧波成分時(shí)，會(huì)影響感應(yīng)式電能表的正常工作。這部分諧波電能不但使線性負(fù)荷性能變壞，而且還要多交電費(fèi)。ⅳ 干擾通信系統(tǒng)的工作

電力線路上流過的3、5、7、11等幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場耦合，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，而且在諧波和基波的共同作用下，觸發(fā)電話鈴響，甚至在極端情況下，還會(huì)威脅通信設(shè)備和人員的安全。另外高壓直流(HVDC)換流站換相過程中產(chǎn)生的電磁噪聲(3-10kHz)會(huì)干擾電力載波通信的正常工作，并使利用載波工作的閉鎖和繼電保護(hù)裝置動(dòng)作失誤，影響電網(wǎng)運(yùn)行的安全。

ⅴ 對用電設(shè)備的影響

諧波會(huì)使電視機(jī)、計(jì)算機(jī)的圖形畸變，畫面亮度發(fā)生波動(dòng)變化，并使機(jī)內(nèi)的元件出現(xiàn)過熱，使計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤。對于帶有啟動(dòng)用的鎮(zhèn)流器和提高功率因數(shù)用的電容器的熒光燈及汞燈來說，會(huì)因?yàn)樵谝欢▍?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速裝置，諧波可能使晶閘管誤動(dòng)作，或使控制回路誤觸發(fā)。

3.諧波的抑制措施

3.1 傳統(tǒng)的抑制方法

① 增加換流裝置的相數(shù)

換流裝置是電力系統(tǒng)的主要諧波源之一。理論分析表明，換流裝置在其交流側(cè)與直流側(cè)產(chǎn)生的特征諧波次數(shù)分別為pk±1和pk(p為整流相數(shù)或脈動(dòng)數(shù)，k為正整數(shù))。當(dāng)脈動(dòng)數(shù)由p=6增加到p=12時(shí)，可以有效的消除幅值較大的低頻項(xiàng)，(其特征諧波次數(shù)分別為12k±1和12k)，從而大大地降低了諧波電流的有效值。

② 增裝動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，提高供電系統(tǒng)承受諧波的能力

在技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析可行的條件下，可以在諧波源處裝設(shè)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置：靜止無功補(bǔ)償裝置(SVC-Static Var Compensator)或更先進(jìn)的靜止同步補(bǔ)償裝置(STATCOM Static SynchroncusCompensator)，以獲得補(bǔ)償負(fù)荷快速變動(dòng)的無功需求、改善功率因數(shù)、濾除系統(tǒng)諧波、減少向系統(tǒng)注入諧波電流、穩(wěn)定母線電壓、降低三相電壓不平衡度等，提高供電系統(tǒng)承受諧波的能力。

③ 加裝交流濾波裝置

采用交流濾波裝置在諧波源附近吸收諧波電流，降低連結(jié)點(diǎn)的諧波電壓，是一支諧波污染的一種有效措施。濾波裝置由R、L、C等元件組成串聯(lián)諧振電路，利用其串聯(lián)諧振時(shí)阻抗最小的特性，這樣就消除5、7、11等高次諧波。

④ 防止并聯(lián)電容器組對諧波的放大

在電網(wǎng)中并聯(lián)電容器組能起到改善無功功率因數(shù)的作用。當(dāng)諧波存在時(shí)，在一定的參數(shù)下，它會(huì)對諧波有放大作用危及電容器本身和附近電氣設(shè)備的安全。可以采取改變電容器的串聯(lián)電抗器，避免電容器對諧波的放大。

3.2 新型的諧波抑制措施

有源電力濾波器（APF），是一種新型諧波抑制和無功補(bǔ)償裝置，它不同于傳統(tǒng)的LC無源濾波器（只吸收固定頻率的諧波），它能對電流和頻率都在變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

圖1為最基本的有源電力濾波器，圖中，es表示交流電源，負(fù)載為諧波源，它產(chǎn)生諧波并消耗無功。有源電力濾波器系統(tǒng)由兩大部分構(gòu)成，即諧波和無功電流檢測電路以及補(bǔ)償電流發(fā)生電路。其基本工作原理時(shí)，檢測補(bǔ)償對象的電流和電壓，經(jīng)諧波和無功電流檢測電路計(jì)算得出補(bǔ)償電流的指令信號，該信號經(jīng)補(bǔ)償電流發(fā)生電路放大，得出補(bǔ)償電流，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中要補(bǔ)償?shù)闹C波及無功等電流抵消，最總得到期望的電源電流，達(dá)到了抑制諧波的目的。

有源濾波器按其接入電網(wǎng)的方式，可分為串聯(lián)有源濾波器和并聯(lián)有源濾波器兩大類。目前實(shí)際應(yīng)用的AFP裝置中，90％以上是采用電壓逆變器的并聯(lián)型結(jié)構(gòu)。近年來，為了發(fā)揮有源濾波器的優(yōu)勢，提高性能，減少容量，降低成本，增強(qiáng)適用性，又設(shè)計(jì)出了串、并聯(lián)混合型的有源濾波器。即有源濾波器APF和無源濾波器PPF構(gòu)成混合濾波系統(tǒng)HPFS，用PPF濾除諧波電流，再用APF來改善濾波效果，并抑制串聯(lián)諧振的發(fā)生。為了適應(yīng)有源濾波器多功能復(fù)雜控制的需要，一些變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代的新型控制方法的應(yīng)用，使其獲得了更好的控制性能和效果。目前常用的PWM生成方式有：三角波比較法，滯環(huán)控制法，預(yù)測控制法，特定消諧法和空間矢量法。因此，通過PWM調(diào)制和開關(guān)頻率的多重化技術(shù)的提高，能夠?qū)崿F(xiàn)對高次諧波的有效補(bǔ)償。當(dāng)有源濾波器的容量不大時(shí)，通常采用IGBT和PWM技術(shù)進(jìn)行諧波補(bǔ)償；當(dāng)容量很大時(shí)，采用GTO以及多重化技術(shù)進(jìn)行諧波補(bǔ)償，效果比較顯著。

4．結(jié)束語

諧波污染是伴隨電力工業(yè)的誕生就存在的。近年隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，大量非線性負(fù)荷在電力系統(tǒng)的出現(xiàn)，致使諧波污染愈加嚴(yán)重。常規(guī)的抑制措施并沒有有效地減少電網(wǎng)諧波。有源濾波器APF的廣泛應(yīng)用，尤其是與無源濾波器構(gòu)成混合濾波系統(tǒng)，使電網(wǎng)電能質(zhì)量有了相當(dāng)大的提高，值得繼續(xù)推廣和應(yīng)用。

第二篇：高次諧波及其抑制措施

高次諧波及其抑制措施

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2006-05-23 09:21:47

來源：電子查詢網(wǎng)

以前，人們基本上只根據(jù)電壓的幅值和周波的穩(wěn)定性來衡量電能的質(zhì)量。近年來，隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，尤其是冶金、化工產(chǎn)品的開發(fā)、電氣鐵道系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，以及電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，各種整流裝置、頻率變換裝置得到廣泛應(yīng)用，大量的非線性負(fù)荷接入電網(wǎng)，使得電網(wǎng)電壓已不是人們所想象的正弦波，而是發(fā)生了較大畸變，即產(chǎn)生了高次諧波。高次諧波污染電網(wǎng)，會(huì)引起各種電氣設(shè)備過熱、振動(dòng)、產(chǎn)生噪音甚至損壞，還會(huì)引起計(jì)量儀表失準(zhǔn)，或?qū)е吕^電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，造成重要的生產(chǎn)過程中斷甚至重大事故的發(fā)生。所以近10多年來，世界上許多國家已相繼把電網(wǎng)電壓中高次諧波的含量當(dāng)作衡量電能質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。在諧波抑制技術(shù)方面，有了許多成果，由交流電抗器和電容器組成的無源濾波器國內(nèi)外均已大量應(yīng)用到工程保護(hù)項(xiàng)目中，而有源電力濾波器的初步應(yīng)用實(shí)踐表明這一新型的諧波抑制裝置有著更為廣闊的發(fā)展前景。1 諧波及其產(chǎn)生

按國際上公認(rèn)諧波定義為：“諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波的倍數(shù)”。由于諧波的頻率是基波頻率的整數(shù)倍數(shù)，也常稱它為高次諧波。

除了特殊情況外，諧波的產(chǎn)生主要是由于大容量電力和用電整流或換流，以及其他非線性負(fù)荷造成的。這些電力或用電設(shè)備從電力系統(tǒng)中吸收的畸變電流可以分解為基波和一系列的諧波電流分量。其諧波電流值實(shí)際上和50 Hz基波電壓值和供電網(wǎng)的阻抗幾乎無關(guān)。因此，對大多數(shù)諧波源視作為恒流源，它們與50 Hz基波不同，后者一般是恒流源。現(xiàn)代電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)和變壓器在正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行條件下，它們本身不會(huì)造成電網(wǎng)中電壓或電流的較大畸變，雖然在暫態(tài)擾動(dòng)時(shí)（例如系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)、切合空載或空載投入變壓器時(shí)）以及超出其正常工作條件時(shí)（例如變壓器運(yùn)行在其額定工作電壓以上時(shí)）將可能增大其產(chǎn)生的諧波含量。

系統(tǒng)中主要的諧波源是各種整流設(shè)備、交直流換流設(shè)備、電子電壓調(diào)整設(shè)備、電弧爐、感應(yīng)爐、現(xiàn)代工業(yè)設(shè)施為節(jié)能和控制使用各種電力電子設(shè)備、非線性負(fù)荷以及多種家用電器和照明設(shè)備等。電氣鐵道機(jī)車采用的大容量單相整流供電設(shè)施，除了產(chǎn)生大量諧波電流外，還對三相交流供電系統(tǒng)產(chǎn)生不平衡負(fù)荷和負(fù)序電流、電壓。這些負(fù)荷都使電力系統(tǒng)的電壓和電流產(chǎn)生畸變，并對電力設(shè)備和廣大用戶設(shè)備及通信線路產(chǎn)生危害或干擾影響。值得注意的是電視機(jī)也是一個(gè)諧波源，據(jù)測試，黑白電視機(jī)的諧波總含量達(dá)基波電流的90%，而彩色電視機(jī)的諧波電流更高，達(dá)基波電流的122%，它們的單臺(tái)容量雖然不大，但數(shù)量眾多，且大都在同一時(shí)間投入使用，其造成的諧波危害不容忽視。

由于諧波的危害性，所以許多國家都發(fā)布了限制電網(wǎng)諧波的國家標(biāo)準(zhǔn)，或由權(quán)威機(jī)構(gòu)制定限制諧波的規(guī)定。世界各國所制定的諧波標(biāo)準(zhǔn)大都比較接近。國家技術(shù)監(jiān)督局于1993年發(fā)布了中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，該標(biāo)準(zhǔn)從1994年3月1日起開始實(shí)施（下面內(nèi)容均引自該標(biāo)準(zhǔn)）。表1表示各級電壓波形畸變率及各次諧波電壓含量的限制。

為了控制電網(wǎng)的諧波電壓，必須限制每個(gè)諧波用戶注入電網(wǎng)的諧波電流。標(biāo)準(zhǔn)對諧波電流也作了限制（本文僅摘錄其中部分奇次諧波限值）。

 公用電網(wǎng)公共接地點(diǎn)的全部用戶向該點(diǎn)注入的諧波電流分量（均方根值）不應(yīng)超過表2中規(guī)定的允許值。2 諧波抑制技術(shù)

抑制電力系統(tǒng)諧波，主要有以下兩方面的措施。

(1)減少諧波源產(chǎn)生的諧波含量 這種措施一般在工程設(shè)計(jì)中予以考慮，最有效的辦法是增加整流裝置的脈波數(shù)，常用于大型整流裝置中。

(2)在諧波源附近安裝濾波器 就近吸收諧波電流，由交流電抗器和電容器組成的無源濾波器國內(nèi)外已大量應(yīng)用到工程實(shí)際中，而有源電力濾波器的初步應(yīng)用實(shí)踐表明這一新型的諧波抑制裝置有著更為廣闊的發(fā)展前景。

無源濾波器利用電路的諧振原理，即當(dāng)發(fā)生對某次諧波的諧振時(shí)，裝置對該次諧波形成低阻通路，而達(dá)到濾波的目的。在結(jié)構(gòu)上它是由電力電容器、電抗器和電阻經(jīng)適當(dāng)組合而成，運(yùn)行中與諧波源并聯(lián)，除起濾波外還兼顧無功補(bǔ)償?shù)男枰o源濾波器結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，運(yùn)行費(fèi)用也低，在吸收高次諧波方面效果明顯。但由于其結(jié)構(gòu)原理上的原因，在應(yīng)用中也存在著一些難以克服的缺點(diǎn)：

①抑制較低次諧波的單調(diào)諧濾波器只對調(diào)諧點(diǎn)的諧波效果明顯，而對偏離調(diào)諧點(diǎn)的諧波無明顯效果，而實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)考慮設(shè)計(jì)投資又不可能靠增加濾波器的方法解決。

②當(dāng)系統(tǒng)中諧波電流增大時(shí)，無源濾波器可能過載，甚至損壞設(shè)備。而且濾波效果隨系統(tǒng)運(yùn)行情況而變化，當(dāng)系統(tǒng)阻抗和頻率波動(dòng)時(shí)，濾波效果變差。

③當(dāng)系統(tǒng)阻抗和頻率變化時(shí)，可能與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，使裝置無法運(yùn)行，甚至使整個(gè)濾波系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。例如1978年底建成的武鋼1700 mm熱軋帶鋼廠成套引進(jìn)工程，在設(shè)備試運(yùn)行期間就曾發(fā)生過精軋主傳動(dòng)裝置與3次諧波濾波器諧振的事故百余次。

國內(nèi)外的設(shè)計(jì)研究人員均注意到無源濾波器設(shè)計(jì)和運(yùn)行中存在的問題，雖然采取了一系列的措施，但因無源濾波器在原理上帶來無法克服的缺點(diǎn)，有必要采用其他濾波方式來抑制諧波，有源濾波器就是一種新型的諧波抑制裝置。

有源電力濾波器的工作原理的整體構(gòu)成如圖1所示。

圖1中的檢測及控制電路對負(fù)載電流進(jìn)行檢測，分離出諧波及基波無功部分，用以控制主電路輸出相應(yīng)的補(bǔ)償電流。而負(fù)載電流il按傅里葉級數(shù)展開為：

式中，i1q為基波有功電流；i1q為基波無功電流；ih為高次諧波電流。θl是基波電流初相位，θn為n次諧波初相位。

在圖1中，il=is+ic即負(fù)載電流由系統(tǒng)電源電流is和有源濾波器輸出的電流ic共同提供，如果控制有源電力濾波器的輸出電流，使ic=ih,則系統(tǒng)電源中就只需供給基波電流（有功與無功）了，即is=i1q+i1q,從而達(dá)到抑制諧波目的。簡單說，有源電力濾波器只要產(chǎn)生一個(gè)與負(fù)載諧波幅值相等，相位相同（在圖示參考方向下，若取is和il參考方向和圖中相反，ic參考方向與圖中相同，則相位相反）的電流注入諧波源，即可將諧波抵消掉，使之不會(huì)流入系統(tǒng)電源。由上述分析我們還可知，有源電力濾波器還可同時(shí)補(bǔ)償無功功率，這時(shí)只需使ic=ih+i1q，則is=i1q,即系統(tǒng)電源中就只需供給負(fù)載電流中的基波有功電流，這樣圖1中的is就是補(bǔ)償了諧波和基波無功電流后的系統(tǒng)電源供給的電流。 3 高次諧波和無功電流的檢測及控制

有源濾波器的效果如何，取決于如下3個(gè)方面：

(1)高次諧波和無功電流的正確檢測；

(2)補(bǔ)償電流的控制方案；

(3)主電路的結(jié)構(gòu)。

要使濾波器有很好的濾波效果，第一步我們必須正確檢測出高次諧波和無功電流，如果這一步都做不好的話，下面的設(shè)計(jì)就無從談起。現(xiàn)在的檢測法主要有3種：

(1)頻率分析法該方法利用快速傅里葉變換，把負(fù)載電流中欲抵消的分量檢出，再合成總的補(bǔ)償電流。這種方法運(yùn)算量相當(dāng)大，當(dāng)諧波的次數(shù)較高，微機(jī)的適時(shí)計(jì)算有困難，難以滿足準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性的要求。

(2)瞬時(shí)無功功率理論基于瞬時(shí)無功功率理論的電流檢測法理論比較成熟，如圖2所示，它采用p-q法，將三相瞬時(shí)電壓和電流變換到二相正交的α-β坐標(biāo)上，得到二相瞬時(shí)電壓和瞬時(shí)電流，然后根據(jù)定義得到瞬時(shí)有功功率p和瞬時(shí)無功功率q，再經(jīng)過濾波器，濾波器可用高通濾波器，讓高次諧波通過，而抑制基波部分，也可以用低通濾波器從瞬時(shí)功率中取出基波有功成分，把它變換成三相基波電流，再用三相負(fù)載電流減去這三相基波電流，再經(jīng)反變換即得三相補(bǔ)償電流。 

此種方法優(yōu)點(diǎn)是能快速跟蹤補(bǔ)償電流，進(jìn)行適時(shí)補(bǔ)償，缺點(diǎn)是成本高，系統(tǒng)損耗大，特別當(dāng)補(bǔ)償諧波次數(shù)較高時(shí)，需要較高的PWM控制開關(guān)頻率。

(3)自適應(yīng)用檢測法、預(yù)測檢測法、基于滑模原理的方法等。

以上是檢測電流的方法，電流檢測出后，我們還必須對補(bǔ)償電流進(jìn)行控制，它也有3種控制方法，這3種方法各有優(yōu)劣。

(1)滯環(huán)控制可獲得較好的控制性能，兼有快速響應(yīng)，開關(guān)頻率不太高和簡單易行的特點(diǎn)，被廣泛使用。

(2)三角波載波線性控制利用一個(gè)三角波和高次諧波比較從而得到不同時(shí)刻逆變器的開關(guān)狀態(tài)。此方法的響應(yīng)速度快，缺點(diǎn)是開關(guān)頻率不固定且較高，產(chǎn)生噪聲和造成較大的開關(guān)損耗及高頻失真。

(3)無差拍控制是一種在電流滯環(huán)比較控制技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的全數(shù)字化控制技術(shù)。該方法利用前一時(shí)刻的補(bǔ)償電流參考值和實(shí)際值，計(jì)算出下一時(shí)刻的電流參考值及各種開關(guān)狀態(tài)下逆變器電流輸出值，選擇某種開關(guān)模式作為下一時(shí)刻的開關(guān)狀態(tài)，從而達(dá)到電流誤差等于零的目標(biāo)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠快速響應(yīng)電流的突然變化；缺點(diǎn)是計(jì)算量大，而且對系統(tǒng)參數(shù)依賴性較大。

隨著高速DSP(數(shù)字信號處理機(jī))芯片的應(yīng)用，近年來不斷有新的改進(jìn)方法出現(xiàn)。4 結(jié)語

電力系統(tǒng)中的諧波“污染”已經(jīng)十分的嚴(yán)重，日本作為電力電子技術(shù)最發(fā)達(dá)的國家，有源電力濾波器已經(jīng)到了普及應(yīng)用階段。在我們國家，現(xiàn)在很多的大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行諧波抑制技術(shù)方面的研究，已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。相信在不久的將來，我們也會(huì)開發(fā)出適合我國國情的諧波抑制裝置。參考文獻(xiàn) 1王兆安，等.諧波抑制和無功功率補(bǔ)償.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998 2秦梅，等.三相平衡和不平衡系統(tǒng)中有害電流的檢測技術(shù).電工技術(shù)雜志，2000 3胡銘，等.有源濾波技術(shù)及其應(yīng)用.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2000 4王曉毛.基于DSP有源電力濾波器的研究.廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2000 5赤木教授.有源電力濾波器全數(shù)字控制系統(tǒng)的調(diào)試要點(diǎn).馮垛生譯（日）.東京工業(yè)大學(xué)，2002

第三篇：電網(wǎng)高次諧波問題分析

電網(wǎng)高次諧波問題分析

梁曉紅1，李貞2

（1．平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電力工程系，河南平頂山；2．平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電力工程系，河南

平頂山）

摘要：文中對電網(wǎng)高次諧波的產(chǎn)生及危害進(jìn)行了闡述，介紹了電網(wǎng)諧波分析的一種常用數(shù)學(xué)基礎(chǔ)——小波分析法，并通過裝設(shè)濾波器等抑制方法阻止高頻諧波進(jìn)入電網(wǎng)，保證電網(wǎng)供電質(zhì)量。關(guān)鍵詞：電網(wǎng)；高次諧波；小波分析；無源濾波器

在電力系統(tǒng)中，供電波形畸變是影響電能質(zhì)量的重要因素之一。近年來，各工礦企業(yè)大量采用各種晶閘管整流裝置、變頻裝置以及交流電力調(diào)整裝置，增大了電網(wǎng)的非線性負(fù)載，再加上電網(wǎng)本身存在的非線性元件，均向電網(wǎng)注入了大量的高次諧波。高次諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，周期性的非正弦交流電進(jìn)行傅里葉級數(shù)分解可得基波（其頻率與工頻相同）以及頻率為基波頻率整數(shù)倍的各次諧波，基波以外的各次諧波通常稱為“高次諧波”。電網(wǎng)中高次諧波的出現(xiàn)是造成波形畸變的主要原因。

一、高次諧波危害

電網(wǎng)高次諧波的危害主要有以下方面：

1、引起電網(wǎng)中局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，放大諧波電壓或諧波電流；

2、加速電容器介質(zhì)老化，還可導(dǎo)致電容器成倍地過負(fù)荷，出現(xiàn)異常聲響、熔絲熔斷、“鼓肚”等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致其他設(shè)備無法正常運(yùn)行，不得不將電容器組斷開，電網(wǎng)被迫在低的功率因數(shù)下運(yùn)行；

3、增加附加損耗，降低發(fā)電、輸電及用戶設(shè)備的效率；

4、使繼電保護(hù)及其自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，導(dǎo)致電氣測量儀表計(jì)算誤差增加。諧波電流能影響甚至破壞利用電力線路作為聯(lián)系通道的遠(yuǎn)動(dòng)裝置的動(dòng)作。母線電壓的畸變，還能引起整流設(shè)備觸發(fā)脈沖控制裝置的觸發(fā)周期不穩(wěn)定，使晶閘管閥的觸發(fā)角或觸發(fā)時(shí)間間隔不相等，影響整流設(shè)備的正常運(yùn)行；

5、諧波對鄰近的電話線路產(chǎn)生了靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，造成其對通信系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，輕則降低信號的傳輸質(zhì)量，重則導(dǎo)致信息丟失。

由于這些非線性負(fù)載的增加，引起高次諧波這一電網(wǎng)公害，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓正弦波形嚴(yán)重畸變。我國于1993年頒布了諧波管理的國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，明確規(guī)定了用戶注入電網(wǎng)的諧波電流的允許值和在電網(wǎng)公共連接點(diǎn)處產(chǎn)生的電壓畸變值。當(dāng)超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，必須采取相應(yīng)的抑制措施，從根本上解決諧波污染問題。

二、高次諧波數(shù)學(xué)分析方法

電力電子裝置所產(chǎn)生的高次諧波污染，已日漸成為阻礙電力電子技術(shù)發(fā)展的重大問題。實(shí)時(shí)諧波檢測，對諧波問題進(jìn)行研究，前提是研究諧波測量的數(shù)學(xué)分析方法。

電網(wǎng)中的電流和電壓等物理量，無論其是否為正弦量，都可作為信號（非正弦周期函數(shù)）進(jìn)行分析處理，其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)方法是傅里葉級數(shù)展開和傅里葉變換。在實(shí)際系統(tǒng)中，波形大都可以用解析式表示，有些波形則不能用解析式表示，此時(shí)，均可以采用將此周期函數(shù)離散化的處理方法，轉(zhuǎn)化為時(shí)間函數(shù)，采用離散傅里葉變換（DFT）和快速傅里葉變換（FFT）計(jì)算出各次諧波值。在此基礎(chǔ)上，小波分析是近年來數(shù)學(xué)研究成果之一，因其在理論上的完美性和應(yīng)用上的廣泛性，使小波分析在信號處理、圖像分析、模式識(shí)別等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

小波分析可以根據(jù)波形不同的頻率成分，在時(shí)域和空間域自動(dòng)調(diào)節(jié)取樣的疏密；頻率高時(shí)，則密；頻率低時(shí)，則疏。基于小波分析這些優(yōu)秀特性，研究人員可以觀察波形的任意細(xì)節(jié)并加以分析。小波變換及性質(zhì)可定義為函數(shù)h(x)?L?R?如果滿足以下的容許條件：

2????h(?)2???d???

（1-1）

則稱h(x)是一個(gè)基本小波或小波母函數(shù)，而稱

ha,b(x)?a?12?x?b?h??,(a,b?R,a?0)

（1-2）

a??式（1-2）為由小波母函數(shù)Φ(x)生成的依賴于參數(shù)a和b的小波。ha,b(x)也可以看成是由h(x)經(jīng)伸縮平移后得到的一個(gè)函數(shù)簇。小波變換中參數(shù)a、b有明確的物理意義，a是頻率參數(shù)，b是時(shí)間參數(shù)。

小波變換的主要性能是其“變焦”性能，該特性能將高次諧波信號中各種不同頻率成分分解在相應(yīng)的時(shí)空域，并給出不同頻率正弦波的相位。在有源濾波器的檢測電路中，需要檢測的只是除去基波外的所有畸變波形的含量，不需要分析出各次畸變波形的大小，但是實(shí)時(shí)性要求很高，而傅里葉變換能分析出各次畸變波形的分量，但實(shí)時(shí)性較差。小波變換是一種調(diào)和，不僅能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)，而且變換本身對波形的奇異點(diǎn)非常敏感，該特點(diǎn)可以用來跟蹤那些變化非常突然的諧波信號，而這種信號正是高次諧波檢測的難點(diǎn)。

三、抑制電網(wǎng)諧波的方法

抑制和消除高次諧波的目的，是為了使電網(wǎng)電壓的畸變率不超過2%，電壓的負(fù)序分量不超過正序分量的1%或1.5%，電壓的零序分量不超過正序分量的1%時(shí)，電機(jī)可以保證正常運(yùn)行。抑制諧波措施有以下幾方面：

1、減少諧波源

具體措施是讓系統(tǒng)整流設(shè)備容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)短路容量，由于系統(tǒng)短路容量大，系統(tǒng)電抗小，因此系統(tǒng)電壓畸變就小。

1）采用多脈沖波換流器，采用多相脈沖換流器以增加脈波數(shù)，可以大幅度地消除低次諧波，一般采用脈波數(shù)為12。少用半控橋式接線，因?yàn)檫@種接線所產(chǎn)生的諧波中含有不易處理的偶次諧波。

2）采用變壓器相位移，比如三繞組變壓器，通過二次繞組相位移30o電角度后，由兩個(gè)格雷茲橋串聯(lián)組成的換流器單元，脈波數(shù)提高為12。

3）受電變壓器的一次和整流變壓器的二次分別采取Δ型連接方式，這樣做可消除3次、6次、9次諧波。

2、改進(jìn)電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)，提高抗諧波能力

在電網(wǎng)中，為了抵抗軸電流，電機(jī)采用接地電刷裝置或軸承座加絕緣措施。電氣設(shè)備采用疊片磁路，減少渦流損耗。同時(shí)，為了提高耐熱能力，采用真空壓力敷設(shè)V·P·I浸漬工藝措施，用于提高抗諧波能力。

3、裝設(shè)濾波器

濾波電容器是指與有關(guān)器件，如電抗器、電阻器等連接在一起，對一種或多種諧波電流提供低阻通道的一種電容器。其作用是對某種諧波電流發(fā)生共振而被吸收，不注入電網(wǎng)。濾波器安裝在非線性負(fù)載側(cè)的母線上。

濾波器分為無源型和有源型。無源濾波器具有簡單可靠維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用，有源濾波器是新一代的諧波補(bǔ)償裝置，具有良好的補(bǔ)償特性，能同時(shí)滿足補(bǔ)償諧波和無功功率要求，由于其價(jià)格較高維護(hù)復(fù)雜等缺點(diǎn)，在我國應(yīng)用還不太廣泛。

四、結(jié)語

電網(wǎng)高次諧波引起電網(wǎng)公害，導(dǎo)致供電質(zhì)量下降，嚴(yán)重影響各種電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。本文從高次諧波分析數(shù)學(xué)方法入手，闡述了高次諧波的抑制方法，如裝設(shè)濾波器，通過這些措施，阻止這些高次諧波進(jìn)入電網(wǎng)，達(dá)到了抑制諧波的目的。

參考文獻(xiàn)：

【1】 潘志．近代分析數(shù)學(xué)基礎(chǔ)．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社．1993年

【2】 任子暉．煤礦電網(wǎng)諧波分析與治理．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社．2003年 【3】 吳敬昌．電力系統(tǒng)諧波．北京：水利電力出版社．1988年

第四篇：淺析供電系統(tǒng)中諧波的危害及其抑制措施

淺析供電系統(tǒng)中諧波的危害及其抑制措施

[摘 要]簡要論述了諧波是如何產(chǎn)生的，為什么諧波的出現(xiàn)會(huì)影響電力設(shè)備，以及總結(jié)和提出了抑制諧波的措施。

[關(guān)鍵詞] 電力諧波 危害 抑制措施諧波是怎樣產(chǎn)生的

電力系統(tǒng)的諧波是電力系統(tǒng)電壓波形產(chǎn)生畸變的表征。諧波的產(chǎn)生來自于電力電子設(shè)備、非線性阻抗設(shè)備和其它方面的干擾。

其中電子設(shè)備諧波源的基本元件大部分采用非線性元件，工作波形為非正弦波，有的產(chǎn)品是切削正弦波執(zhí)行工作的，如可控硅整流電源等；有的產(chǎn)品是將直流源變換成方波工作，如變頻器、開關(guān)電源等。這些產(chǎn)品與電力系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系時(shí)，都能使電力系統(tǒng)的基波產(chǎn)生大量的畸變。而非線性阻抗設(shè)備常利用感抗渦流工作或利用容性電離做功，如電焊機(jī)、電抗器、感應(yīng)爐、電弧爐等，這些產(chǎn)品在運(yùn)行時(shí)可使電流產(chǎn)生大幅度地浪涌、尖脈沖，造成電力系統(tǒng)的基波產(chǎn)生畸變，形成電源污染。

2電力諧波造成的危害

對于電力系統(tǒng)來說，電力諧波的危害主要表現(xiàn)有以下幾方面：

2.1 增加輸、供和用電設(shè)備的額外附加損耗，使設(shè)備的溫度過熱，降低設(shè)備的利用率和經(jīng)濟(jì)效益。

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(shí)，因集膚效應(yīng)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)備的功率損耗、電能損耗，使導(dǎo)體的發(fā)熱嚴(yán)重。2.1.1增加輸電線路的功耗

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(diǎn)附近的諧振區(qū)內(nèi)時(shí)，對輸電線路會(huì)造成絕緣擊穿。由于諧波次數(shù)高頻率上升，再加之電纜導(dǎo)體截面積越大趨膚效應(yīng)越明顯，從而導(dǎo)致導(dǎo)體的交流電阻增大，使得電纜的允許通過電流減小。與架空線路相比,電纜線路對地電容要大１０～２０倍，而感抗僅為其１／３～１／２，所以很容易形成諧波諧振，造成絕緣擊穿。

2.1.2對變壓器的危害

諧波會(huì)大大增加電力變壓器的銅損和鐵損，降低變壓器有效出力，諧波導(dǎo)致的噪聲，會(huì)使變電所的噪聲污染指數(shù)超標(biāo)，影響工作人員的身心健康。由于以上兩方面的損耗增加，因此要減少變壓器的實(shí)際使用容量。除此之外，諧波還導(dǎo)致變壓器噪聲增大，有時(shí)還發(fā)出金屬聲。2.1.3對電力電容器的危害 含有電力諧波的電壓加在電容器兩端時(shí)，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(shí)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。

2.2 影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的工作可靠性

特別對于電磁式繼電器來說，電力諧波常會(huì)引起繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，使其動(dòng)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(yùn)行。

2.3 對用電設(shè)備的危害

①電力諧波會(huì)使電視機(jī)、計(jì)算機(jī)的圖形畸變，畫面亮度發(fā)生波動(dòng)變化，并使機(jī)內(nèi)的元件溫度出現(xiàn)過熱，使計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤，嚴(yán)重甚至損害機(jī)器。

此外，電力諧波還會(huì)對測量和計(jì)量儀器的指示不準(zhǔn)確及整流裝置等產(chǎn)生不良影響，它已經(jīng)成為當(dāng)前電力系統(tǒng)中影響電能質(zhì)量的大公害。

②感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。

和變壓器中的道理一樣，諧波畸變會(huì)加大電動(dòng)機(jī)中的損耗。然而，由于勵(lì)磁磁場的諧波會(huì)產(chǎn)生附加的損耗，每個(gè)諧波分量都有自身的相序(正序、逆序、零序)，它表示旋轉(zhuǎn)的方向(在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中相對于基波磁場的正向而言的)。

諧波次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

相

序 ＋－ 0 ＋－ 0 ＋－ 0 ＋ － 0

零序諧波(3次及3的倍數(shù)，即“3N”次諧波)產(chǎn)生不變的磁場，但是因?yàn)橹C波頻率較高，故磁性損耗大大增高而將諧波能量以熱的方式放出。負(fù)序的諧波產(chǎn)生反方向旋轉(zhuǎn)的磁場(相對于基波而言)，而使電機(jī)的力矩下降，并和零序諧波一樣，產(chǎn)生更多的損耗。正序諧波產(chǎn)生正向旋轉(zhuǎn)磁場來加大力矩，它和負(fù)序分量一起，可造成電機(jī)的振動(dòng)而降低電機(jī)壽命。2.4影響電網(wǎng)的質(zhì)量

電力系統(tǒng)中的諧波能使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變，從而降低電網(wǎng)電壓，浪費(fèi)電網(wǎng)的容量。電力諧波的抑制措施

為了減少供電系統(tǒng)的諧波問題，從管理和技術(shù)上可采取以下措施：

3.1 嚴(yán)格貫徹執(zhí)行有關(guān)電力諧波的國家標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)管理 我國1998年12月14日發(fā)布了國家標(biāo)準(zhǔn)GB17625.1-1998《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)》，要求購置的用電設(shè)備，經(jīng)過試驗(yàn)證實(shí)，符合該標(biāo)準(zhǔn)限值才允許接入到配電系統(tǒng)中。此外,1993年頒發(fā)的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，規(guī)定了注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值的用戶，必須安裝電力諧波濾波器，以限制注入公用電網(wǎng)的諧波。3.2加強(qiáng)諧波污染源的監(jiān)測

主管部門對所轄電網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)分析，正確測量，以確定諧波源位置和產(chǎn)生的原因，為諧波治理準(zhǔn)備充分的原始材料；在諧波產(chǎn)生起伏較大的地方，可設(shè)置長期觀察點(diǎn)，收集可靠的數(shù)據(jù)。對電力用戶而言，可以監(jiān)督供電部門提供的電力是否滿足要求；對于供電部門而言，可以評估電力用戶的用電設(shè)備是否產(chǎn)生了超標(biāo)的諧波污染。

3.3 在諧波源處加裝濾波裝置吸收諧波電流

這類方法是對已有的諧波進(jìn)行有效抑制的方法，這是目前電力系統(tǒng)使用最廣泛的抑制諧波方法。主要方法有以下幾種：

①無源濾波器。簡單的LC濾波器是由電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成。難以濾除頻率較低、幅度較大的畸變波。LC濾波器一般采用與諧振源并聯(lián)方式接入配電系統(tǒng)，三相連接可接成Y型或D型。但三次諧波濾波器有一點(diǎn)特殊，因?yàn)槿沃C波主要為零序諧波，大部分流經(jīng)N線，因此有些三次諧波濾波器采用在N線上串接的方式。如ABB公司的THF，其工作原理與并聯(lián)型LC濾波器的相反，是在150Hz的諧振頻率產(chǎn)生高阻抗，而對非150Hz的其它頻率電流阻抗很小，其結(jié)果是大部分三次諧波電流被阻斷。

無源濾波器安裝在電力電子設(shè)備的交流側(cè)，由L、C、R元件構(gòu)成諧振回路，當(dāng)LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時(shí)，即可阻止該次諧波流入電網(wǎng)。由于具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，無源濾波是目前采用的抑制諧波及無功補(bǔ)償?shù)闹饕侄巍５珶o源濾波器存在著許多缺點(diǎn),如濾波易受系統(tǒng)參數(shù)的影響；對某些次諧波有放大的可能；耗費(fèi)多、體積大等。因而隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，人們將濾波研究方向逐步轉(zhuǎn)向有源濾波器。

②有源濾波器。早在70年代初期，日本學(xué)者就提出了有源濾波器APF的概念，即利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。與無源濾波器相比，APF具有高度可控性和快速響應(yīng)性，能補(bǔ)償各次諧波，可抑制閃變、補(bǔ)償無功，有一機(jī)多能的特點(diǎn)；在性價(jià)比上較為合理；濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)；具有自適應(yīng)功能，可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償變化著的諧波。目前在國外高低壓有源濾波技術(shù)已應(yīng)用到實(shí)踐，而我國還僅應(yīng)用到低壓有源濾波技術(shù)。隨著容量的不斷提高，有源濾波技術(shù)作為改善電能質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)，其應(yīng)用范圍也將從補(bǔ)償用戶自身的諧波向改善整個(gè)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量的方向發(fā)展。3.4加裝靜止無功補(bǔ)償裝置,提升功率因數(shù)cosф

快速變化的諧波源，如：電弧爐、電力機(jī)車和卷揚(yáng)機(jī)等，除了產(chǎn)生諧波外，往往還會(huì)引起供電電壓的波動(dòng)和閃變，有的還會(huì)造成系統(tǒng)電壓三相不平衡，嚴(yán)重影響公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量。在諧波源處并聯(lián)裝設(shè)靜止無功補(bǔ)償裝置，可有效減小波動(dòng)的諧波量，同時(shí)，可以抑制電壓波動(dòng)、電壓閃變、三相不平衡，還可補(bǔ)償功率因數(shù).。

3.5防止并聯(lián)電容器組對諧波的放大

在電網(wǎng)中并聯(lián)電容器組起改善功率因數(shù)和調(diào)節(jié)電壓的作用。當(dāng)諧波存在時(shí)，在一定的參數(shù)下電容器組會(huì)對諧波起放大作用，危及電容器本身和附近電氣設(shè)備的安全。可采取串聯(lián)電抗器，或?qū)㈦娙萜鹘M的某些支路改為濾波器，還可以采取限定電容器組的投入容量，避免電容器對諧波的放大。3.6增加換流裝置的相數(shù)

換流裝置是供電系統(tǒng)的主要諧波源之一。理論分析表明，換流裝置在其交流側(cè)與直流側(cè)產(chǎn)生的特征諧波次數(shù)分別為pk±1和pk(p為整流相數(shù)或脈動(dòng)數(shù)，k為正整數(shù))。當(dāng)脈動(dòng)數(shù)由p=6增加到p=12時(shí)，可以有效的消除幅值較大的低頻項(xiàng)，(其特征諧波次數(shù)分別為12k±1和12k)，從而大大地降低了諧波電流的有效值。4 結(jié)束語

（1）在治理系統(tǒng)諧波時(shí)，應(yīng)充分考慮系統(tǒng)中各種因素的影響，兼顧各個(gè)指標(biāo)，選擇合理有效的濾波方案；

（2）采用LC濾波器，應(yīng)以濾波器組的綜合濾波效果為原則，嚴(yán)格避免諧波放大現(xiàn)象的發(fā)生；

（3）濾波電容器電容量的選擇既要滿足濾波的要求，也要考慮無功補(bǔ)償?shù)男枰€應(yīng)使電容器能承受過電流和過電壓的影響；

（4）有源濾波器是一種新型動(dòng)態(tài)濾波器，其諧波抑制能力大大優(yōu)于LC濾波器。隨著對電網(wǎng)諧波問題的日益重視和其成本的逐步降低，將具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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第五篇：變頻器的諧波危害及解決措施

變頻器的諧波危害及解決措施

1、前言

在工業(yè)調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域中，與傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)速相比，用變頻器調(diào)速有諸多優(yōu)點(diǎn)，顧其應(yīng)用非常廣泛，但由于變頻器逆變電路的開關(guān)特性，對其供電電源形成了一個(gè)典型的非線性負(fù)載，變頻器在現(xiàn)場通常與其它設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，例如計(jì)算機(jī)和傳感器，這些設(shè)備常常安裝得很近，這樣可能會(huì)造成相互影響。因此，以變頻器為代表的電力電子裝置是公用電網(wǎng)中最主要的諧波源之一，其對電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量有著重要的影響。

2、諧波產(chǎn)生的過程

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(shí)，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，如下圖所示。

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(gè)諧波都具有不同的頻率、幅度與相角。諧波可以區(qū)分為偶次與奇次性。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。

3、諧波危害

對于電力系統(tǒng)來說，電力諧波的危害主要表現(xiàn)有以下幾方面：

(1)增加輸、供和用電設(shè)備的額外附加損耗，使設(shè)備的溫度過熱，降低設(shè)備的利用率和經(jīng)濟(jì)效益：

①電力諧波對輸電線路的影響：

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(diǎn)附近的諧振區(qū)內(nèi)時(shí)，對輸電線路和電力電纜線路會(huì)造成絕緣擊穿。

②電力諧波對變壓器的影響：

諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場強(qiáng)度，諧波電流的存在增加了銅損。對帶有非對稱性負(fù)荷的變壓器而言，會(huì)大大增加勵(lì)磁電流的諧波分量。

③電力諧波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(shí)，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(shí)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。

(2)影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的工作可靠性：

特別對于電磁式繼電器來說，電力諧波常會(huì)引起繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，使其動(dòng)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(yùn)行。

(3)對通訊系統(tǒng)工作產(chǎn)生干擾：

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(shí)，會(huì)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(huì)威脅著通信設(shè)備和人員的安全。

(4)對用電設(shè)備的影響：

電力諧波會(huì)使電視機(jī)、計(jì)算機(jī)的圖形畸變，畫面亮度發(fā)生波動(dòng)變化，并使機(jī)內(nèi)的元件溫度出現(xiàn)過熱，使計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤，嚴(yán)重甚至損害機(jī)器。

此外，電力諧波還會(huì)對測量和計(jì)量儀器的指示不準(zhǔn)確及整流裝置等產(chǎn)生不良影響，它已經(jīng)成為當(dāng)前電力系統(tǒng)中影響電能質(zhì)量的大公害。

4、諧波的治理措施

治理諧波問題，抑制輻射干擾和供電系統(tǒng)干擾，可采取屏蔽、隔離、接地及濾波等技術(shù)手段。

①使用無源濾波器或有源濾波器；

使用無源濾波器其主要是改變在特殊頻率下電源的阻抗，適用于穩(wěn)定、不改變的系統(tǒng)。而使用有源濾波器主要是用于補(bǔ)償非線性負(fù)載。LC濾波器是傳統(tǒng)的無源諧波抑制裝置，它由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成，與諧波源并聯(lián)，除具有濾波作用外，還有無功補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/p>

②增加變壓器的容量，減少回路的阻抗及切斷傳輸線路法；

由于非線性負(fù)載引起的畸變電流在電纜的阻抗上產(chǎn)生一個(gè)畸變電壓降，而合成的畸變電壓波形加到與此同一線路上所接的其它負(fù)載，引起諧波電流在其上流過，因此，減少諧波危害的措施也可從加大電纜截面積，減少回路的阻抗方式來實(shí)現(xiàn)。目前，國內(nèi)較多采用提高變壓器容量，增大電纜截面積，特別是加大中性線電纜截面，以及選用整定值較大的斷路器、熔斷器等保護(hù)元件等辦法，但此種方式不能從根本上消除諧波，反而降低了保護(hù)特性與功能，又加大了投資，增加供電系統(tǒng)的隱患。

③使用無諧波污染的綠色變頻器。

綠色變頻器的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是：輸入和輸出電流都是正弦波，輸入功率因數(shù)可控，帶任何負(fù)載時(shí)都能使功率因數(shù)為1，可獲得工頻上下任意可控的輸出頻率。變頻器內(nèi)置的交流電抗器，它能很好的抑制諧波，同時(shí)可以保護(hù)整流橋不受電源電壓瞬間尖波的影響，實(shí)踐表明，不帶電抗器的諧波電流明顯高于帶電抗器產(chǎn)生的諧波電流。為了減少諧波污染造成的干擾，可在變頻器的輸出回路安裝噪聲濾波器。并且在變頻器允許的情況下，降低變頻器的載波頻率。另外，在大功率變頻器中，通常使用12脈沖或18脈沖整流，這樣在電源中，通過消除最低次諧波來減少諧波含量。例如12脈沖，最低的諧波是11次、13次、23次、25次諧波。依次類推，對于18脈沖，最低的諧波是17次和19次諧波。

變頻器中應(yīng)用的低諧波技術(shù)可歸納如下：

㈠逆變單元的并聯(lián)多重化，采用2個(gè)或多個(gè)逆變單元并聯(lián)，通過波形疊加抵消諧波分量。

㈡整流電路的多重化，在PWM變頻器中采用12脈沖、18脈沖或者24脈沖的整流，以減少諧波。

㈢ 逆變單元的串聯(lián)多重化，采用30脈沖的串聯(lián)逆變單元多重化線路，其諧波可減少到很小。

㈣ 采用新的變頻調(diào)制方法，如電壓矢量的菱形調(diào)制等。目前，許，多變頻器制造廠商已非常重視諧波問題，在設(shè)計(jì)時(shí)已從技術(shù)手段上保證了變頻器的綠色化，從而在根本上解決諧波問題。結(jié)論

綜上所述，可以清楚地了解諧波產(chǎn)生的原因，在具體治理上可采用無源濾波器、有源濾波器，減少回路阻抗，切斷諧波傳輸路徑及開發(fā)使用無諧波污染的綠色變頻器等方法，將變頻器產(chǎn)生的諧波控制在最小范圍內(nèi)，達(dá)到科學(xué)合理用電，抑制電網(wǎng)污染，提高電源質(zhì)量