第一篇：電力系統(tǒng)諧波檢測和治理論文

摘要：目前電力系統(tǒng)諧波危害已經(jīng)引起了各個部門的關(guān)注，為了整個供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量，必須對諧波進行有效的檢測和治理。

關(guān)鍵字：電力諧波檢測治理

前言

隨著我國工業(yè)化進程的迅猛發(fā)展，電網(wǎng)裝機容量不斷加大，電網(wǎng)中電力電子元件的使用也越來越多，致使大量的諧波電流注入電網(wǎng)，造成正弦波畸變，電能質(zhì)量下降，不但對電力系統(tǒng)的一些重要設(shè)備產(chǎn)生重大影響，對廣大用戶也產(chǎn)生了嚴重危害。目前，諧波與電磁干擾、功率因數(shù)降低被列為電力系統(tǒng)的三大公害，因而了解諧波產(chǎn)生的機理，研究和清除供配電系統(tǒng)中的高次諧波，對改于供電質(zhì)量、確保電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟運行都有著十分重要的意義。

一、電力系統(tǒng)諧波危害

①諧波會使公用電網(wǎng)中的電力設(shè)備產(chǎn)生附加的損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率。大量三次諧波流過中線會使線路過熱，嚴重的甚至可能引發(fā)火災(zāi)。

②諧波會影響電氣設(shè)備的正常工作，使電機產(chǎn)生機械振動和噪聲等故障，變壓器局部嚴重過熱，電容器、電纜等設(shè)備過熱，絕緣部分老化、變質(zhì)，設(shè)備壽命縮減，直至最終損壞。

③諧波會引起電網(wǎng)諧振，可能將諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍，會對系統(tǒng)構(gòu)成重大威脅，特別是對電容器和與之串聯(lián)的電抗器，電網(wǎng)諧振常會使之燒毀。

④諧波會導(dǎo)致繼電保護和自動裝置誤動作，造成不必要的供電中斷和損失。

⑤諧波會使電氣測量儀表計量不準確，產(chǎn)生計量誤差，給供電部門或電力用戶帶來直接的經(jīng)濟損失。

⑥諧波會對設(shè)備附近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕則產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量;重則導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。

⑦諧波會干擾計算機系統(tǒng)等電子設(shè)備的正常工作，造成數(shù)據(jù)丟失或死機。

⑧諧波會影響無線電發(fā)射系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)、核磁共振等設(shè)備的工作性能，造成噪聲干擾和圖像紊亂。

二、諧波檢測方法

1.模擬電路

消除諧波的方法很多，即有主動型，又有被動型；既有無源的，也有有源的，還有混合型的，目前較為先進的是采用有源電力濾波器。但由于其檢測環(huán)節(jié)多采用模擬電路，因而造價較高，且由于模擬帶通濾波器對頻率和溫度的變化非常敏感，故使其基波幅值誤差很難控制在10%以內(nèi)，嚴重影響了有源濾波器的控制性能。近年來，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究取得了較大進展，由于神經(jīng)元有自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)能力，且結(jié)構(gòu)簡單，輸入輸出關(guān)系明了，因此可用神經(jīng)元替代自適應(yīng)濾波器，再用一對與基波頻率相同，相位相差90度的正弦向量作為神經(jīng)元的輸入。由神經(jīng)元先得到基波電流，然后檢測出應(yīng)補償?shù)碾娏鳎瑥亩瓿芍C波電流的檢測。但人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的硬件目前還是一個比較薄弱的環(huán)節(jié)，限制了其應(yīng)用范圍。

2.傅立葉變換

利用傅立葉變換可在數(shù)字域進行諧波檢測，電力系統(tǒng)的諧波分析，目前大都是通過該方法實現(xiàn)的，離散傅立葉變換所需要處理的是經(jīng)過采樣和A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號，設(shè)待測信號為x(t)，采樣間隔為t秒，采樣頻率=1/t滿足采樣定理，即大于信號最高頻率分量的2倍，則采樣信號為x(nt)，并且采樣信號總是有限長度的，即n=0，1……N-1。這相當于對無限長的信號做了截斷，因而造成了傅立葉變換的泄露現(xiàn)象，產(chǎn)生誤差。此外，對于離散傅立葉變換來說，如果不是整數(shù)周期采樣，那么即使信號只含有單一頻率，離散傅立葉變換也不可能求出信號的準確參數(shù)，因而出現(xiàn)柵欄效應(yīng)。通過加窗可以減小泄露現(xiàn)象的影響。

3.小波變換

小波變換已廣泛應(yīng)用于信號分析、語音識別與合成、自動控制、圖象處理與分析等領(lǐng)域。電力諧波是由各種頻率成分合成的、隨機的、出現(xiàn)和消失都非常突然的信號，在應(yīng)用離散傅立葉變換進行處理受到局限的情況下，可充分發(fā)揮小波變換的優(yōu)勢。即對諧波采樣離散后，利用小波變換對數(shù)字信號進行處理，從而實現(xiàn)對諧波的精確測定。小波可以看作是一個雙窗函數(shù)，對一信號進行小波變換相當于從這一時頻窗內(nèi)的信息提取信號。對于檢測高頻信息，時窗變窄，可對信號的高頻分量做細致的觀測；對于分析低頻信息，這時時窗自動變寬，可對信號的低頻分量做概貌分析。所以小波變換具有自動“調(diào)焦”性。其次，小波變換是按頻帶而不是按頻點的方式處理頻域信息，因此信號頻率的微小波動不會對處理產(chǎn)生很大的影響，并不要求對信號進行整周期采樣。另外，由小波變換的時間局部可知，在信號的局部發(fā)生波動時，不會象傅立葉變換那樣把影響擴散到整個頻譜，而只改變當時一小段時間的頻譜分布，因此，采用小波變換可以跟蹤時變和暫態(tài)信號。

三、電力系統(tǒng)諧波治理

限于篇幅問題，本文在此只介紹基于改造諧波源本身的諧波抑制方法，基于改造諧波源本身的諧波抑制方法一般有以下幾種。

(1)增加整流變壓器二次側(cè)整流的相數(shù)

對于帶有整流元件的設(shè)備，盡量增加整流的相數(shù)或脈動數(shù)，可以較好地消除低次特征諧波，該措施可減少諧波源產(chǎn)生的諧波含量，一般在工程設(shè)計中予以考慮。因為整流器是供電系統(tǒng)中的主要諧波源之一，其在交流側(cè)所產(chǎn)生的高次諧波為tK1次諧波，即整流裝置從6脈動諧波次數(shù)為n=6K1，如果增加到12脈動時，其諧波次數(shù)為n=12K1(其中K為正整數(shù))，這樣就可以消除5、7等次諧波，因此增加整流的相數(shù)或脈動數(shù)，可有效地抑制低次諧波。不過，這種方法雖然在理論上可以實現(xiàn)，但是在實際應(yīng)用中的投資過大，在技術(shù)上對消除諧波并不十分有效，該方法多用于大容量的整流裝置負載。

(2)整流變壓器采用Y/或/Y接線

該方法可抑制3的倍數(shù)次的高次諧波，以整流變壓器采用/Y接線形式為例說明其原理，當高次諧波電流從晶閘管反串到變壓器副邊繞組內(nèi)時，其中3的倍數(shù)次高次諧波電流無路可通，所以自然就被抑制而不存在。但將導(dǎo)致鐵心內(nèi)出現(xiàn)3的倍數(shù)次高次諧波磁通(三相相位一致)，而該磁通將在變壓器原邊繞組內(nèi)產(chǎn)生3的倍數(shù)次高次諧波電動勢，從而產(chǎn)生3的倍數(shù)次的高次諧波電流。因為它們相位一致，只能在形繞組內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，將能量消耗在繞組的電阻中，故原邊繞組端子上不會出現(xiàn)3的倍數(shù)次的高次諧波電動勢。從以上分析可以看出，三相晶閘管整流裝置的整流變壓器采用這種接線形式時，諧波源產(chǎn)生的3n(n是正整數(shù))次諧波激磁電流在接線繞組內(nèi)形成環(huán)流，不致使諧波注入公共電網(wǎng)。這種接線形式的優(yōu)點是可以自然消除3的整數(shù)倍次的諧波，是抑制高次諧波的最基本方法，該方法也多用于大容量的整流裝置負載。

(3)盡量選用高功率因數(shù)的整流器

采用整流器的多重化來減少諧波是一種傳統(tǒng)方法，用該方法構(gòu)成的整流器還不足以稱之為高功率因數(shù)整流器。高功率因數(shù)整流器是一種通過對整流器本身進行改造，使其盡量不產(chǎn)生諧波，其電流和電壓同相位的組合裝置，這種整流器可以被稱為單位功率因數(shù)變流器(UPFC)。該方法只能在設(shè)備設(shè)計過程中加以注意，從而得到實踐中的諧波抑制效果。

(4)整流電路的多重化

整流電路的多重化，即將多個方波疊加，以消除次數(shù)較低的諧波，從而得到接近正弦波的階梯波。重數(shù)越多，波形越接近正弦波，但其電路也越復(fù)雜，因此該方法一般只用于大容量場合。另外，該方法不僅可以減少交流輸入電流的諧波，同時也可以減少直流輸出電壓中的諧波幅值，并提高紋波頻率。如果把上述方法與PWM技術(shù)配合使用，則會產(chǎn)生很好的諧波抑制效果。該方法用于橋式整流電路中，以減少輸入電流的諧波。

當然，除了基于改造諧波源本身的諧波抑制方法，還有基于諧波補償裝置功能的諧波抑制方法，它包括加裝無源濾波器、加裝有源濾波器、裝設(shè)靜止無功補償裝置(SVC)等等，在此就不再詳細論述。

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)，計算機技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，電能質(zhì)量問題已越來越引起用戶和供電部門的重視。應(yīng)用先進的電能質(zhì)量測試儀器不僅能大大提高電能質(zhì)量的監(jiān)測

與治理水平，同時還可建立先進可靠的電能質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，及時分析和反映電網(wǎng)的電能質(zhì)量水平，找出電網(wǎng)中造成電能質(zhì)量諧波及故障的原因，采取相應(yīng)的措施，為保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行提供重要的保障。

參考文獻：

電能質(zhì)量－公用電網(wǎng)諧波 GB／T14549-1993[J]

呂潤馀．電力系統(tǒng)高次諧波．[M]．北京：中國電力出版社，1998

陳偉華．電磁兼容實用手冊．北京：機械工業(yè)出版社，1998

第二篇：SD 126-1984 電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定

電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定

SD126～84 第一章 總則

第一條 電力系統(tǒng)中的諧波主要是治金、化工、電氣化鐵路等換流設(shè)備及其他非線性用電設(shè)備產(chǎn)生的。隨著硅整流及可控硅換流設(shè)備的廣泛使用和各種非線性負荷的增加，大量的諧波電流注入電網(wǎng)，造成電壓正弦波形畸變，使電能質(zhì)量下降，給發(fā)供電設(shè)備及用戶用電設(shè)備帶來嚴重危害。為保證向國民經(jīng)濟各部門提供質(zhì)量合格的50赫茲電能，必須對各種非線性用電設(shè)備注入電網(wǎng)的諧波電流加以限制，以保證電網(wǎng)和用戶用電設(shè)備的安全經(jīng)濟運行，特制訂本規(guī)定。

第二條 本規(guī)定適于電力系統(tǒng)以及由電網(wǎng)供電的所有電力用戶。

第三條 電網(wǎng)原有的諧波超過本規(guī)定的電壓正弦波形畸變率極限值時，應(yīng)查明諧波源并采取措施，把電壓正弦波形畸變率限制在規(guī)定的極限值以內(nèi)。在本規(guī)定頒發(fā)前已接入電網(wǎng)的非線性用電設(shè)備注入電網(wǎng)的諧波電流超過本規(guī)定的諧波電流允許值時，應(yīng)制訂改造計劃并限期把諧波電流限制在允許范圍以內(nèi)。所需投資和設(shè)備由非線性用電設(shè)備的所屬單位負責。

第四條 新建或擴建的非線性用電設(shè)備接入電網(wǎng)，必須按本規(guī)定執(zhí)行。如用戶的非線性用電設(shè)備接入電網(wǎng)，增加或改變了電網(wǎng)的諧波值及其分布，特別是使與電網(wǎng)連接點的諧波電壓、電流升高，用戶必須采取措施，把諧波電流限制在允許的范圍內(nèi)，方能接入電網(wǎng)運行。

第五條 進口設(shè)備和技術(shù)合作項目亦應(yīng)執(zhí)行本規(guī)定。但如對方的國家標準或企業(yè)標準的全部或部分規(guī)定比本規(guī)定嚴格，則應(yīng)按對方較嚴格的規(guī)定執(zhí)行。

第六條 諧波對通訊等的影響應(yīng)按國內(nèi)有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

第七條 用戶用電設(shè)備對諧波電壓的要求較本規(guī)定的電壓正弦波疇變率極限更嚴格時，由用戶自行采取限制諧波電壓的措施。

第二章 電壓正弦波形畸變率極限值和諧波電流允許值

第八條 電網(wǎng)中任何一點的電壓正弦波形疇變率均不得超過表1規(guī)定的極限值。

表1 電網(wǎng)電壓正弦畸形畸變率極限值(相電壓)如110千伏電網(wǎng)電壓正弦波形畸變率已接近或超過1.5%，但經(jīng)過測量和計算，下一級電網(wǎng)的電壓正弦形畸變率未超過表1規(guī)定的極限值時，110千伏電網(wǎng)電壓正弦波形畸變率可限制在2%以內(nèi)。

第九條 限制用戶非線性用電設(shè)備注入電網(wǎng)的諧波電流是控制電網(wǎng)電壓正弦波形疇變的關(guān)鍵。任一用戶注入電網(wǎng)連接點的各次諧波電流均不得超過表2規(guī)定的允許值。

第十條 用戶與電網(wǎng)連接點原有的總電壓正弦波形畸變率未超過表1規(guī)定的極限值的75%，且新增非線性用電設(shè)備向電網(wǎng)注入的諧波電流不超過表2規(guī)定的允許值，則允許該用電設(shè)備接入電網(wǎng)。

第十一條 用戶與電網(wǎng)連接點原有的總電壓正弦波形畸變率已超過表1規(guī)定的極限值的75%，或新增非線性用電設(shè)備向電網(wǎng)注入致諧波電流超過表2規(guī)定的允許值時，應(yīng)由電力部門經(jīng)過核算，確定該用電設(shè)備接入電網(wǎng)的技術(shù)措施和供電方案。

第十二條 單臺換流設(shè)備或交流調(diào)壓裝置的容量不超過表3的規(guī)定值時，供電部門可不進行諧波核算即允許接入電網(wǎng)。但是，在公共連接點接入多個換流設(shè)備或交流調(diào)壓裝置，總?cè)萘砍^表3的規(guī)定值時，應(yīng)按第十條、第十一條和附錄中(二)的有關(guān)規(guī)定辦理。

第十三條 電流沖擊持續(xù)時間不超過2秒鐘，并且兩次沖擊之間的間隙時間不小于30秒鐘，這種短時間的沖擊電注所包含的諧波分量稱為短時間諧波電流(或暫態(tài)諧波電流)。注入電網(wǎng)的短時間諧波電流，不屬于本規(guī)定第九條和第十二條的限制范圍。

表3 單臺三相換流設(shè)備和交流調(diào)壓裝置接入電網(wǎng)的允許容量

注：因三相三脈沖換流器向低壓電網(wǎng)注入直流，因此必須經(jīng)過適當?shù)母綦x變壓器才允許接入0.38千伏電網(wǎng)。第十四條 單相或三相不對稱非線性用電設(shè)備接入電網(wǎng)，按第十條和第十一條的規(guī)定執(zhí)行。但考核其注入電網(wǎng)的諧波值，應(yīng)以諧波電流最大的一相作為依據(jù)。

用戶注入電網(wǎng)的諧波電流允許值 表2 見附表中(2)之3。第十五條 對由110千伏及以上電壓供電的用戶在接入電網(wǎng)前，應(yīng)計算非線性用電設(shè)備注入的諧波電流在電網(wǎng)中的分布和電壓正弦波形畸變率，以便采取措施使電網(wǎng)各部分電壓正弦波形畸變率均不超過表1規(guī)定的極限值。還應(yīng)檢驗并采取措施防止發(fā)生諧振和諧波放大。

第十六條 計算電網(wǎng)各部分電壓正弦波形畸變率時，應(yīng)采用電網(wǎng)最小運行方式時該用戶接入點的最小短路容量。

第三章 諧波管理

第十七條 各級電力部門對電網(wǎng)的諧波情況，應(yīng)定期進行測量分析。當發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)電壓正弦波形畸變率超過表1的規(guī)定時，應(yīng)查明諧波源并按第三條的規(guī)定，協(xié)助非線性用電設(shè)備所屬單位采取措施，把注入電網(wǎng)的諧波電流限制在表2規(guī)定的允許值以下。在新的非線性用電設(shè)備接入電網(wǎng)前后，均要進行現(xiàn)場測量，檢查諧波電流、電壓正弦波形畸變率是否符合本規(guī)定。

第十八條 電力部門和用戶均應(yīng)校核接入電網(wǎng)的電力電容組是否會發(fā)生有害的并聯(lián)諧振、串聯(lián)諧振和諧波放大，防止電力設(shè)備因諧波過電流或過電壓而損壞。為此，電力部門和用戶所安裝的電力電容器組，應(yīng)根據(jù)實際存在的諧波情況，采取加裝串聯(lián)電抗器等措施，保證電力設(shè)備安全運行。

第十九條 應(yīng)概括據(jù)諧波源的分布，在電網(wǎng)中諧波量較高的地點逐步設(shè)置諧波監(jiān)測點。在該點測量諧波電壓，并在向用戶供電的線路的送電端測量諧波電流。

測量或計算諧波的次數(shù)應(yīng)不少于19次。即需測量或計算2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19次諧波電壓和諧波電流。

第二十條 在正常情況下，諧波測量應(yīng)選拔在電網(wǎng)最小運行方式和非線性用電設(shè)備的運行周期中諧波發(fā)生量最大的時間內(nèi)進行。諧波電壓和電流應(yīng)選取5次測量接近數(shù)值的算術(shù)平均值。

第二十一條 電力系統(tǒng)的運行方式和諧波值都是經(jīng)常變化的，當諧波量已接近最大允許值時，應(yīng)加強對電網(wǎng)發(fā)供電設(shè)備運行工況的監(jiān)視，避免電器設(shè)備受諧波的影響而發(fā)生故障。在電網(wǎng)諧波量較高的地點，要逐步安裝諧波警報指示器，以便進一步分析諧波情況，并采取措施，保證電力設(shè)備安全運行。

第三篇：供電系統(tǒng)諧波治理技術(shù)講座供電系統(tǒng)諧波治理技術(shù)講座

供電系統(tǒng)諧波治理技術(shù)講座

無源電力濾波器的設(shè)計與調(diào)試

華北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院

一、無源LC濾波器根本原理和結(jié)構(gòu)

LC濾波器仍是應(yīng)用最多、最廣的濾波器。

1、常用的兩種濾波器：調(diào)諧濾波器和高通濾波器。

2、濾波器設(shè)計要求

1〕使注入系統(tǒng)的諧波減小到國標允許的水平；

2〕進行基波無功補償，供應(yīng)負荷所需的無功功率。

3、單調(diào)諧濾波器

由圖主電路可求：

調(diào)諧頻率：

調(diào)諧次數(shù)：

在諧振點：∣z∣＝R

特征阻抗：

品質(zhì)因數(shù)：

q為設(shè)計濾波器的重要參數(shù)，典型值q=30～60。

4、高通濾波器

用于吸收某一次數(shù)及其以上的各次諧波。如下圖。

復(fù)數(shù)阻抗：

截止頻率：

結(jié)構(gòu)參數(shù)：，一般取m=0.5~2；

q=0.7

~

1.4

依據(jù)以上三式可設(shè)計高通濾波器的參數(shù)。

二、濾波器設(shè)計內(nèi)容和計算公式

1、濾波器參數(shù)選擇原那么

原那么：最小投資；母線

THDU

和進入系統(tǒng)的諧波電流最小；滿足無功補償?shù)囊螅槐ＷC平安、可靠運行。

參數(shù)設(shè)計、選擇前必須掌握的資料：

1〕系統(tǒng)主接線和系統(tǒng)設(shè)備〔變壓器、電纜等〕資料；

2〕系統(tǒng)和負荷的性質(zhì)、大小、阻抗特性等；

3〕諧波源特性〔諧波次數(shù)、含量、波動性能等〕；

4〕無功補償要求；要到達的濾波指標；

5〕濾波器主設(shè)備參數(shù)誤差、過載能力、溫度等要求。

以上資料是濾波器參數(shù)選擇、設(shè)計必要條件。

案例設(shè)計問題：沒有系統(tǒng)最終規(guī)模的諧波資料……

2、濾波器結(jié)構(gòu)及接線方式選擇

由一組或數(shù)組單調(diào)諧濾波器組成，有時再加一組高通濾波器。工程接線可靈活多樣，但推薦采用電抗器接電容低壓側(cè)的星形接線，主要優(yōu)點是：

1〕任一電容擊穿短路電流小；

2〕設(shè)備承受的僅為相電壓；

3〕便于分相調(diào)諧。

高通濾波器多采用二階減幅型結(jié)構(gòu)〔基波損耗小，頻率特性好，結(jié)構(gòu)簡單〕。經(jīng)濟原因高通濾波器多用于高壓。

1、濾波器參數(shù)選擇原那么

原那么：最小投資；母線

THDU

和進入系統(tǒng)的諧波電流最小；滿足無功補償?shù)囊螅槐ＷC平安、可靠運行。

參數(shù)設(shè)計、選擇前必須掌握的資料：

1〕系統(tǒng)主接線和系統(tǒng)設(shè)備〔變壓器、電纜等〕資料；

2〕系統(tǒng)和負荷的性質(zhì)、大小、阻抗特性等；

3〕諧波源特性〔諧波次數(shù)、含量、波動性能等〕；

4〕無功補償要求；要到達的濾波指標；

5〕濾波器主設(shè)備參數(shù)誤差、過載能力、溫度等要求

以上資料是濾波器參數(shù)選擇、設(shè)計必要條件。

本案例1段母線濾波器接線〔圖紙拷貝〕……。

3、濾波器設(shè)計參數(shù)的分析處理

參數(shù)設(shè)計必須應(yīng)依據(jù)實測值或絕對可靠的諧波計算值，但根據(jù)具體情況可作一些近似處理：

1〕母線短路容量較小或換算得到的系統(tǒng)電抗〔包括變壓器〕XS較大時，可忽略系統(tǒng)等值電阻RS；

2〕系統(tǒng)原有諧波水平應(yīng)通過實測得到，在濾波器參數(shù)設(shè)計時，新老諧波電流源應(yīng)一起考慮；

3〕L、C制造、測量存在誤差，以及f、T變化可能造成濾波器失諧，誤差分析是參數(shù)設(shè)計必須考慮的問題；

4〕參數(shù)設(shè)計涉及技術(shù)指標、平安指標和經(jīng)濟指標，往往需經(jīng)多個方案比擬后才能確定。

4、濾波器方案與參數(shù)的分析計算

1〕確定濾波器方案

確定用幾組單調(diào)諧濾波器，選高通濾波器截止頻率，以及用什么方式滿足無功補償?shù)囊蟆?/p>

例如：三相全波整流型諧波源，可設(shè)5、7、11次單調(diào)諧濾波器，高通濾波器截止頻率選12次。無功補償要求沉著量需求平衡角度，通過計算綜合確定。

2〕濾波器根本參數(shù)的分析

電容器根本參數(shù)：額定電壓UCN、額定容量QCN、基波容抗XC，而XC=3

U2CN/

QCN〔這里QCN

是三相值〕。

為保證電容器平安運行，電壓應(yīng)限制在一定范圍內(nèi)。

3〕濾波器參數(shù)的初步計算〔按正常條件〕

設(shè)h次諧波電壓含有率為HRUh，通過推導(dǎo)可得到：

其中，q

為濾波器的最正確品質(zhì)因數(shù)。以上是從保證電容器電壓要求初步選擇的參數(shù)。但為保證電容器的平安運行還應(yīng)滿足過電流和容量平衡的要求，公式如下：

4〕濾波器參數(shù)的初步計算

串聯(lián)電抗器參數(shù)

以上為單調(diào)諧濾波器參數(shù)的初步選擇。

5〕濾波器參數(shù)的最后確定

濾波器最終參數(shù)需通過大量、屢次頻率特性仿真計算結(jié)果確定；并根據(jù)要求指標進行校驗。

為保證平安運行，還要選斷路器、避雷器、保護等。

自動調(diào)諧濾波器〔改變電感

L〕能提高濾波效果。但由于技術(shù)經(jīng)濟的原因，目前應(yīng)用不普遍。

5、濾波器參數(shù)指標的校驗

1〕電壓平衡

：校驗支路濾波電容器的額定電壓

2〕電流平衡：校驗濾波電容器的過電流水平，IEC為1.45倍。

3〕容量平衡：QCN=

QC1〔基波容量〕+ΣQ

h

(諧波容量)；

對濾波支路僅考慮I1

和Ih

通過時，近似有：

6、其它分析、計算工作

1〕濾波支路等值頻偏〔總失諧度〕的計算

2〕濾波支路品質(zhì)因數(shù)q值的計算

其中，δs為濾波器接點看進去的系統(tǒng)等值阻抗角。

3〕濾波器性能和二次保護等分析計算

濾波器設(shè)計的技術(shù)性很強，需有專門的程序。除參數(shù)計算外，要能對濾波器的諧波阻抗、綜合阻抗、諧波放大、局部諧振〔串、并聯(lián)〕等濾波性能進行分析。

三、案例濾波器設(shè)計方法介紹

1、案例簡介

2、諧波數(shù)據(jù)合成中頻爐屬交－直－交供電，換流脈動數(shù)為6，特征諧波值為6K±1次諧波。非對稱觸發(fā)等原因，存在非特征諧波。

福建中試測試：線2、線4和中頻爐饋線；各諧波電壓畸變率全部超標，5、11、13及以上諧波電流超標。

非在電網(wǎng)最小方式、鋼廠非滿負荷下的測試，測試結(jié)果偏小；及今后8臺爐投運超標肯定更大。

設(shè)計問題：沒有單臺電爐諧波測試數(shù)據(jù)，沒有新供電方案下負荷同時運行測試數(shù)據(jù)，需根據(jù)經(jīng)驗及現(xiàn)有供電方案諧波測試數(shù)據(jù)進行分析獲取設(shè)計數(shù)據(jù)。

按電爐變80％負荷率合成各母線諧波電流……。

3、基波無功容量計算

按母線電爐全部運行功率因數(shù)大于0.9，單爐運行功率因數(shù)應(yīng)小于1，治理前平均功率因數(shù)取0.85條件，通過程序計算各段母線的三相基波補償容量：

10KV

I段：Q=3.8MVAR

10KV

II段：Q=2.65MVAR

605頻爐線：

Q=1.9MVAR4、考核標準計算和濾波器配置選擇

根據(jù)各母線的短路容量，計算各段母線電爐運行過程中的諧波考核標準；以及比照合成的諧波電流水平，選擇、配置各段母線的濾波器。

總電壓畸變率國標規(guī)定的限值

各級電網(wǎng)諧波電壓限值〔%〕

電壓〔KV〕

THD

奇次

偶次

0.38

5..4.0

2.0

6.10.4

3.2

1.6

35.66

2.4

1.2

1.6

0.0

允許注入電網(wǎng)的各次諧波電流國標規(guī)定限值〔局部〕

短路容量不同時的換算公式：

根據(jù)短路容量換算案例的各母線諧波電流允許值。

標稱電壓〔KV〕

基準短路容量〔MVA〕

010.0

100.0

0.260

020.0

013.0

020.0

008.5

015.0

006.4

006.8

005.1

009.3

〔I〕010.0

116.0

025.0

016.5

012.5

016.9

008.2

013.3

006.1

006.5

004.9

008.7

(II)010.0

116.0

019.1

010.1

009.5

010.8

006.2

009.0

004.7

005.0

003.7

006.5

(605)010.0

080.0

011.1

005.1

005.6

005.6

003.6

004.9

002.7

002.9

002.2

003.7

標稱電壓〔KV〕

基準短路容量〔MVA〕

010.0

100.0

004.3

007.9

003.7

004.1

003.2

006.0

002.8

005.4

002.6

002.9

〔I〕010.0

116.0

004.1

007.5

003.6

003.9

003.1

005.8

002.7

005.2

002.5

002.8

(II)010.0

116.0

003.2

005.7

002.7

003.0

002.3

004.4

002.1

004.0

001.9

002.1

(605)010.0

080.0

001.8

003.3

001.6

001.8

001.4

002.6

001.2

002.3

001.1

001.2

標稱電壓〔KV〕

基準短路容量〔MVA〕

010.0

100.0

002.3

.004.5

.004.5

002.1

004.1

〔I〕010.0

116.0

002.2

004.3

004.3

002.0

003.9

(II)010.0

116.0

001.7

003.3

003.3

001.5

003.0

(605)010.0

080.0

001.0

001.9

001.9

000.9

001.8

與合成的案例諧波比擬：各母線諧波電流均超標，由于裝置的非同時觸發(fā)，存在非特征諧波超標的現(xiàn)象。因此只能對主要的頻譜進行設(shè)置濾波器；由于電爐運行方式大幅度變化，特別是10KV

I段負荷變化較大，受基波無功補償容量限制，參數(shù)設(shè)計存在難度及影響其濾波效果。

綜合考慮：各母線配置5、7、11、13次濾波器。

5、濾波器參數(shù)設(shè)計〔以10KV

I段為例〕

由于中頻爐諧波為連續(xù)頻譜諧波，以及基波補償電容器的限制，濾波器參數(shù)設(shè)計很難滿足要求，經(jīng)幾十次分析、比擬，確定的案例最終單相參數(shù)如下：

H5

H7

H11

H13

合計

電容器〔μF〕

27.51592

20.77733

22.98421

三相電容器安裝容量〔kvar〕

1830

1350

1860

1269

6309

三相基波輸出容量〔kvar〕

900

666

1108

726

3400

電抗器〔毫亨〕

14.74522

9.96178

2.39522

2.61115

考慮的問題：濾波效果，電壓、電流、容量是否能夠平衡，是否存在諧波放大，無功是否過補等，通過對參數(shù)進行屢次仿真，調(diào)整、比擬和評估設(shè)計效果，……。

1段母線補償電容器和濾波器同時運行仿真例如：

僅濾波器投入運行的仿真例如。……。

四、設(shè)備定貨、施工和現(xiàn)場調(diào)試

1、擬合標準指標與產(chǎn)品定貨

按設(shè)計參數(shù)選配、擬合標準規(guī)格電容器，考慮電抗器調(diào)節(jié)范圍，提出溫升、耐壓、損耗等指標。

電容器要求+誤差，電抗器±5%可調(diào)，電容器質(zhì)量…。

注意濾波電容器，干式、油侵電容器等問題……。

2、工程施工需要注意的問題

LC濾波器屬工程，結(jié)合用戶現(xiàn)場條件、情況，設(shè)計單位應(yīng)提供完善的工程資料，安裝、施工要求；由于濾波器現(xiàn)場安裝，要求工程單位按設(shè)計施工、保證質(zhì)量；做詳細安裝檢查，保證連接正確，防止相序、設(shè)備接線錯誤

案例施工中的問題：連接、保護……

3、現(xiàn)場調(diào)試主要要求和方法

1〕要求：保證系統(tǒng)可靠運行，防止系統(tǒng)與濾波器諧振造成的諧波放大；投切過電壓限制在有效范圍內(nèi)；保證濾波本身平安運行，不會導(dǎo)致電容、電感、電阻等不發(fā)生穩(wěn)態(tài)過負荷，以及投、切時的過電壓、過電流不損壞本體設(shè)備。

其中，多數(shù)與設(shè)計有關(guān)……。

2〕步驟：測量各種工況諧波；計算系統(tǒng)和濾波器頻率特性，研究是否可能出現(xiàn)諧波放大，決定濾波器是正調(diào)偏還是負調(diào)偏；計算調(diào)整后的過電壓、過電流；分析、考慮配置的保護，避雷器對投切、斷路器重燃過電壓有重要作用；編寫濾波器投入方案，測量考核濾波效果。

案例調(diào)試中發(fā)生的問題：……。

3〕方法：

幅頻特性法：諧振時Z=R，濾波器電流最大；電阻上的電壓最大，濾波器總電壓最小；因此，通過觀測兩個電壓與預(yù)估的電壓比擬，可確定調(diào)諧回路的諧振。

缺點：誤差大，有計算誤差、試驗誤差和觀測誤差。

相頻特性法：把電阻電壓和濾波器總電壓分別送示波器兩個通道進行相角比擬，可確定濾波器是否諧振。可采用同軸或不同軸兩種方法。同軸法看到的是點重合或相反，因此誤差大；不同軸法通過橢圓變成直線確定諧振，因此觀察比擬容易，準確，工作量小。

放電振蕩法：過程如圖

放電時測量R上電壓，記錄波形；

測量周波時間，可計算諧振頻率。

缺點：每測一次都需充、放

電一次，過程復(fù)雜，也不夠準確。

因此，三種方法中，相頻特性法比擬實用，而且可用頻率計實際測量諧振頻率；改變信號發(fā)生器頻率，還可以測量濾波器的阻抗頻率特性。

實際工程一般采用-5%〔負偏〕調(diào)諧濾波器。

4、案例工程運行測試結(jié)果〔1段母線〕

投運前：

電壓〔V〕

電流〔A〕

功率因數(shù)

電壓總畸變率%

電流總畸變率%

9800

540

0.88

10.1

5.1

投運后：

電壓〔V〕

電流〔A〕

功率因數(shù)

電壓總畸變率%

電流總畸變率%

10200

560

0.99

1.5

4.2

投運后各次諧波電流的95%最大值

五、關(guān)于電弧爐諧波治理的簡介

1、電弧爐負荷特點和治理要求

1〕三相負荷電流嚴重不對稱，嚴重時負序可達正序的50%～60%，熔化期也占20%。需解決不平衡問題；

2〕含有2、3、4、5、7等次諧波，產(chǎn)生的諧波電流頻譜廣，含有偶次諧波，諧波治理要求高；

3〕電弧爐隨機運行在開路--短路--過載狀態(tài)，很大的功率沖擊，引起PCC母線電壓變動，存在電壓閃變問題。

4〕電爐變壓器和短網(wǎng)消耗大量無功，因此運行功率因數(shù)非常低，增大電網(wǎng)損耗、降低電壓水平。

小容量電弧爐可用

LC

無源濾波器，但對設(shè)計的要求比擬高，一般采用C型電力濾波器。

2、常用SVC形式和TCR補償原理

常用的SVC有晶閘管控制電抗器〔TCR〕、自飽和電抗器〔SR〕和晶閘管投切電容器〔TSC〕三種。

TCR原理、結(jié)構(gòu)，以及相關(guān)工程、技術(shù)問題如下：

3、TCR補償與LC濾波的原理區(qū)別

1〕電弧爐負荷三相不平衡、無功沖擊是根本原因，要求進行動態(tài)、分相補償，TCR是解決問題的必須手段。同時解決電弧爐負荷產(chǎn)生、存在的問題。

TCR為動態(tài)補償裝置，響應(yīng)時間在20ms內(nèi)。

2〕LC濾波器以治理諧波為主，兼顧補償系統(tǒng)無功。目前一般應(yīng)用場合，不具備動態(tài)補償功能。

電力機車諧波治理可采用投切方式〔非動態(tài)〕。

3〕采用那種類型的裝置，涉及到負荷性質(zhì)、濾波〔

或補償〕效果、可行性和工程投資等。

解決問題是類型選擇的原那么。TCR設(shè)計方法略。

第四篇：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，由于有非線性負荷的存在，當電流流過與所加電壓不呈線性關(guān)系的負荷時，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。

由非線性負荷引起的畸變負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荷上，引起諧波電流的流過，即使這些負荷是線性的負荷也是如此。

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

②過零噪聲：許多電子控制器要檢測電壓的過零點，以確定負荷的接通時刻。這樣做是為了在電壓過零時接通感性負荷不致產(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，當負荷產(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。如當時三相負荷不平衡時，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)負荷產(chǎn)生3N次諧波電流時，其中性線上除有三相負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是一種機電器件，有時不能準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準時，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。可能的解決方法有：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行變壓器的維護工作時長時期地對負荷停止供電。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世紀和19世紀已經(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20年代和30年代就引起了人們的注意。當時在德國，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)備諧波的標準和規(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）或分數(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，諧波電流也就越大，其中3次諧波電流可達額定電流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，在接感性負載時則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量可達基波的30%；接容性負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、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，還含有分數(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，平均可達基波的8% 20%，最大可達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重，有的還含有負的伏安特性，它們會給電網(wǎng)造成奇次諧波電流。

家用電器。電視機、錄像機、計算機、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、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。

第五篇：電網(wǎng)諧波檢測分析方法

電網(wǎng)諧波檢測分析方法

隨著非線性負荷的發(fā)展和增多,在多個供電點向系統(tǒng)流入諧波電流,使電網(wǎng)的諧波水平及日益升高，為保證電能質(zhì)量，向廣大用戶提供優(yōu)質(zhì)合格的電能，特制定本辦法，望公司有關(guān)科室，及廣大電力客戶予以認真貫徹執(zhí)行。

一、目的:限制系統(tǒng)電壓、電流正弦波形畸變程度或偕波分量的大小，以保證電力系統(tǒng)包括用戶的安全、經(jīng)濟運行，特別是容易遭受偕波危害和干擾的設(shè)備的正常運行。

二、保證系統(tǒng)的電能質(zhì)量，使系統(tǒng)的電壓波形保持在合格的范圍內(nèi)，滿足各種用電設(shè)備的正常供電要求。

三、把電網(wǎng)中的電壓總偕波畸變率及含有率控制在允許的范圍內(nèi)，保證電能質(zhì)量。

二、適用范圍

本辦法適用與交流50HZ，35KV及以下公共電網(wǎng)及供電的電力用戶。

三、監(jiān)測點和測試量

（1）原則上選取偕波用戶和接入公用電網(wǎng)公共連接點作為偕波監(jiān)測點，測量該點的偕波電壓和偕波源用戶流入公用電網(wǎng)的偕波電流，監(jiān)測點的偕波水平符合國家標準規(guī)定。

（2）偕波電壓和偕波電流的偕波次數(shù)一段量第2-19次，根據(jù)偕波源的特點或測試分析結(jié)果可適當?shù)淖儎淤刹ù螖?shù)的測量范圍，前者用含有率（%）表示，后者用有效值（A)表示。偕波電壓測量取總偕波畸變率THDu(%)。

（3）日常檢測是對檢測點的偕波電壓、偕波用戶的偕波電流以及引發(fā)偕波事故的有關(guān)量進行連續(xù)或定時測量，統(tǒng)計超標偕波及觀察變化趨勢。

四、偕波預(yù)測

（1）偕波預(yù)測包括偕波評估計算。新偕波源的接入、電容器補償?shù)耐度耄娋W(wǎng)偕波的發(fā)展趨勢以及使偕波異常或事故采取的對策等，均需要進行較為正確的預(yù)測計算工作，一般借助于計算程序進行計算。

五、偕波源管理

（1）現(xiàn)有偕波源的管理：應(yīng)建立和健全偕波源的技術(shù)檔案，包括設(shè)備的容量、型式、參數(shù)，主接線，有關(guān)供電系統(tǒng)及參數(shù)，有關(guān)電容器的參數(shù)，偕波設(shè)計計算值和實測值等。當偕波源產(chǎn)生的偕波電壓超出標準規(guī)定的允許值時，應(yīng)按就地處理的原則，限期采取措施。

（2）新建或增容的偕波源的管理：偕波源用戶在申請用電時，應(yīng)根據(jù)偕波源和系統(tǒng)公用電網(wǎng)參數(shù)，進行偕波計算，對于超出標準的用戶，需采取限制偕波的措施。

六、電網(wǎng)偕波管理

（1）根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，建立偕波源用戶、電容器及偕波電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)的檔案，重點管理電網(wǎng)容量較小，偕波源較大，結(jié)構(gòu)薄弱，易引起偕振的地區(qū)。

（2）分析和尋找電網(wǎng)偕波電壓超標的原因，對有關(guān)偕波源和電容器采取針對性的措施。

（3）對新增電容補償?shù)脑O(shè)計，核算偕波的可能性。

（4）偕波管理應(yīng)采取分層，分級的管理體系，下級電網(wǎng)應(yīng)滿足上級電網(wǎng)的管理要求。

七、各科室的職責及分工

（1）生技科負責電網(wǎng)和用戶偕波的日常管理工作，建立健全偕波源檔案及匯總偕波定期報表，負責新上偕波源用戶的審批，提出偕波監(jiān)測點的設(shè)置及更改方案。增加新的偕波監(jiān)測點，定期開展偕波普查分析工作，完善偕波管理網(wǎng)。

（3）營銷科、四到戶辦公室、各供電所分別負責各自管轄范圍內(nèi)的偕波源用戶日常數(shù)據(jù)的采集工作，監(jiān)督其偕波情況，對于超指標的用戶限期整改。定期報表，同時，負責各用戶的偕波監(jiān)測儀的正常運行及缺陷統(tǒng)計工作。

（3）調(diào)度所負責湘東電網(wǎng)的偕波檢測管理工作，根據(jù)湘東電網(wǎng)的運行情況，及時監(jiān)測偕波流入量。負責各變電所的消偕裝置及偕波監(jiān)測儀的日常巡視（4）檢修安裝公司負責各變電所及用戶的削偕裝置及偕波監(jiān)測一的維護及安裝工作。

八、各級電網(wǎng)偕波電壓允許值（1）電壓總偕波畸變率

（2）用戶流入電網(wǎng)的偕波電流允許值