供電系統(tǒng)的諧波抑制及降損節(jié)能

1、供電系統(tǒng)的諧波抑制及降損節(jié)能來源：電力技術(shù)網(wǎng)蔡伯華（北京市電力公司朝陽供電公司）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(duì)策。關(guān)鍵詞：電網(wǎng);諧波;危害;抑制措施;發(fā)展近年來，隨著人民節(jié)能意識(shí)的提高，非線性負(fù)荷等節(jié)電產(chǎn)品的推廣使用，給 供電系統(tǒng)帶來了嚴(yán)重的諧波問題，引起了供電電壓正弦波形的畸變。 實(shí)際上，諧 波不僅僅造成電壓頻率不穩(wěn)、不對(duì)稱，以及穩(wěn)態(tài)過電壓、欠電壓及電壓波動(dòng)、閃 變等危害，同時(shí)也是重要的耗能指標(biāo)。治理好諧波，不僅能降低電能損耗，而且 能延長設(shè)備使用壽命，改善電磁環(huán)境，提高產(chǎn)品的品質(zhì)。1概述“諧波”一詞起源于聲學(xué)。18世紀(jì)至19世紀(jì)，傅利葉等提出的諧

2、波分析方 法至今仍被廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)20年代，電力系統(tǒng)的諧波問題引起了人們的注意。 當(dāng)時(shí)在德國，使用靜止汞弧變流器造成了電壓、電流波形的畸變。到了50年代和60年代，由于高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，諧波所造成的危害也日趨嚴(yán)重。世 界各國都對(duì)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(huì) 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(duì)周期性非正弦電量進(jìn)行傅利葉級(jí)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。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(shí)際中

3、供電 電壓的波形會(huì)由于某些原因而偏離正弦波形，即產(chǎn)生諧波。如圖一所示諧波為基波頻率（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。產(chǎn)生諧波的非線性負(fù)荷在工作時(shí)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，使電能質(zhì)量變壞。諧波組成分解如圖二所 示臂立葉分耀|AAA/yVVAA f 厶崗K/wvwvvvwxaa/*IaaAaaAzWvWvwWvwW150He(1、150Hs(3J、250H=(5J 1 350Hz (71 ) 450Hz (9氏、 550Hs(ll 650He(13 )諧波的對(duì)于供電系統(tǒng)的危害極為嚴(yán)重，不僅會(huì)引起電氣設(shè)備附加損耗和發(fā)熱 縮短

4、使用壽命，甚至損壞。而且諧波注入電網(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。諧 波實(shí)際上就是一種干擾量，使電網(wǎng)受到“污染”。因此，諧波在國際上公認(rèn)的電 能質(zhì)量重要指標(biāo)之一，其相關(guān)問題越來越引起各界的廣泛關(guān)注。2諧波的產(chǎn)生嚴(yán)格意義上講，電力網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)環(huán)節(jié)，包括發(fā)電、輸電、配電、用電都可能 產(chǎn)生諧波，目前供電網(wǎng)諧波主要來自三方面：2.1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(duì)稱，鐵心也很難做到絕對(duì)平均抑制和其他一些原因，發(fā)電源多少也會(huì)產(chǎn)生一些諧波，但一般很少。2.2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

5、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(jì)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(diǎn)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%。輸電和 配電系統(tǒng)中存在大量的電力變壓器。 因變壓器內(nèi)鐵心飽和，磁化曲線的非線特性 以及額定工作磁密位于磁化曲線近飽和段上等諸多因素，致使磁化電流呈尖頂 形，內(nèi)含大量奇次諧波。變壓器鐵心飽和度越高，其工作點(diǎn)偏離線性就越遠(yuǎn)，產(chǎn) 生的諧波電流就越大，嚴(yán)重時(shí)三次諧波電流可達(dá)額定電流的5%。

6、2.3用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波因用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波所占比重是最大的，而且目前呈現(xiàn)快速上升的態(tài)勢(shì)。 其主要產(chǎn)生原因是整流器、UPS電源、電子調(diào)速裝備、熒光燈系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、 微波爐等電器設(shè)備的使用，在這些設(shè)備集中使用的地區(qū)，如工廠車間、居民小區(qū)、 寫字樓、酒店商廈等，諧波污染相當(dāng)嚴(yán)重，電源質(zhì)量明顯下降。特別是三次諧波 會(huì)產(chǎn)生特別高的中線電流，甚至?xí)^相電流值，因此造成電器設(shè)備壽命大為減 短，電網(wǎng)過熱，甚至可能引起火災(zāi)。3諧波的危害供電系統(tǒng)中的諧波危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1) 使產(chǎn)生、傳輸和利用電能的效率降低。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)，因集膚效率(注一)的作用，使

7、導(dǎo)體對(duì)諧波電流 的有效電阻增加，從而增加了變壓器、輸電線路等設(shè)備的功率損耗、電能損耗。(2) 使電氣設(shè)備過熱、震動(dòng)、產(chǎn)生噪音或絕緣老化、縮短其壽命，甚至發(fā)生 故障、燒毀；如當(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(duì) 輸電線路和電力電纜線路會(huì)造成絕緣擊穿。(3) 使繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作。特別對(duì)于電磁式繼電器來說，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。(4) 對(duì)通信和計(jì)量儀表產(chǎn)生干擾，影響精準(zhǔn)性。電力線路上流過的幅值較大 的奇次低頻諧波電流時(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

8、 系統(tǒng)的工作。另外電能計(jì)量儀表通常是按工頻正弦波設(shè)計(jì)的，當(dāng)有諧波時(shí)將會(huì)產(chǎn) 生測(cè)量誤差。對(duì)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(duì)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。(6)對(duì)用戶設(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)，機(jī)內(nèi)元器件過熱， 使計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤。同時(shí)對(duì)于帶整流器的熒光燈來說，會(huì)形成某 次諧波頻率下的諧振，使整流器因過熱而損壞。4供電系統(tǒng)諧波抑制節(jié)能研究諧波問題是供電系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要組成部

9、分， 它不僅直接關(guān)系到廣大用電 用戶的切身利益，保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，同時(shí)還能夠起到節(jié)能降損的環(huán) 保作用。但是諧波抑制工作也是將當(dāng)復(fù)雜的一個(gè)流程工作， 一方面應(yīng)從源頭抓起， 加強(qiáng)設(shè)備的管理防止諧波的產(chǎn)生，更重要的一方面是提高認(rèn)識(shí)，積極進(jìn)行諧波治 理，防止災(zāi)害產(chǎn)生。目前國內(nèi)一些企業(yè)已開始重視諧波的污染， 取得了節(jié)能和提 高電網(wǎng)品質(zhì)的雙重效果。目前解決諧波源污染問題的基本思路較多，主流的抑制諧波方式有以下幾 種：(1) 加裝交流濾波裝置其主要方式為在諧波源附近安裝若干單調(diào)諧及高通濾波支路， 以吸收諧波電 流。加裝交流濾波裝置可以有效的減小諧波量， 裝置運(yùn)行維護(hù)簡單，但需專門設(shè) 計(jì)。(2) 改

10、變諧波源的配置或工作方式其主要方式為具有諧波互補(bǔ)性的裝置應(yīng)集中，否則應(yīng)適當(dāng)分散或交錯(cuò)使用， 適當(dāng)限制諧波量大的工作方式。改變諧波源的配置可以減小諧波的影響， 但對(duì)裝 置的配置和工作方式有一定的要求。(3) 加裝串聯(lián)電抗器其主要方式為在用戶進(jìn)線處加串聯(lián)電抗器，以增大和系統(tǒng)的電氣距離，減小 諧波的相互影響。加裝串聯(lián)電抗器可減小和系統(tǒng)的諧波相互影響， 運(yùn)行維護(hù)簡單， 但需專門設(shè)計(jì)。(4) 加裝靜止無功補(bǔ)償裝置(或稱動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置)其主要方式為采用TCR、TCT或SR型靜補(bǔ)裝置時(shí)其容性部分設(shè)計(jì)成濾波 器。加裝靜止無功補(bǔ)償裝置可以有效的減小波動(dòng)諧波源的諧波量和抑制電壓波 動(dòng)、閃變、三相不對(duì)稱及補(bǔ)償功率

11、因數(shù)的功能，具有綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，但是 投資較大，需專門設(shè)計(jì)。(5) 避免電力電容器組對(duì)諧波的放大其主要方式為改變電容器組的串聯(lián)電抗器。或?qū)㈦娙萜鹘M的某些支路改為濾 波器，或限定電容器組的投入容量。這種方式可以有效的減小電容器組對(duì)諧波的 放大并保證電容器組安全運(yùn)行，但是也需專門設(shè)計(jì)。(6) 采用有源濾波器等新型抑制諧波的措施其基本原理是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)中電流， 快速分離出諧波電流分量，發(fā)出控制指 令，實(shí)時(shí)產(chǎn)生大小相等方向相反的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)中， 實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)濾除諧波電流。 這種濾波器能對(duì)頻率和幅值都變化的諧波電流進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償， 其運(yùn)行不受系統(tǒng)的 影響，也不會(huì)產(chǎn)生諧波放大，同時(shí)可補(bǔ)償無功功率，提高功

12、率因數(shù)是一種較先進(jìn) 的諧波抑制技術(shù)。但由于其造價(jià)較高，只適用于小容量諧波補(bǔ)償。5結(jié)束語諧波治理是綜合治理過程，是改善供電品質(zhì)的重要手段。GB/T 14549-1993 電能質(zhì)量一公用電網(wǎng)諧波對(duì)電網(wǎng)各級(jí)電壓諧波水平進(jìn)行了量化限制，對(duì)用戶注入公用電網(wǎng)的諧波電流也進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)定。而解決供電系統(tǒng)中的諧波問題， 最重要的還是供電部門、電力用戶和設(shè)備制造商三方面協(xié)同工作，以設(shè)備安全運(yùn)行、純凈電網(wǎng)、確保用戶降損節(jié)能為基本出發(fā)點(diǎn)，共同為改善整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)的電力品質(zhì)，延長用戶設(shè)備使用壽命，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低電磁污染環(huán)境，減少能耗, 提高電能利用率做出努力。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(duì)

13、策高電壓技術(shù)，2006.22吳競(jìng)昌，供電系統(tǒng)諧波M，中國電力出版社，1998.53訾興建.電力電子裝置的諧波危害及抑制J.電氣時(shí)代，2005，(05).4郝江濤，劉念，幸晉渝，薄麗雅，陳卓.電力系統(tǒng)中間諧波的來源及危 害J.四川電力技術(shù)，2005，(02).5雷美艷.電力網(wǎng)的諧波防護(hù)與治理J.電機(jī)技術(shù)，2005，(02). 韓曉東，朱勤.電網(wǎng)諧波的危害及治理J.云南電力技術(shù)，2005 ,(02).7馬秀林.電力系統(tǒng)諧波特點(diǎn)及控制J.沿海企業(yè)與科技，2005，(04).8陽若寧.電力系統(tǒng)中諧波的產(chǎn)生、危害及抑制J.長沙電力學(xué)院學(xué)報(bào)伯 然科學(xué)版)，2003，(02).難得的是有份清閑時(shí)光，難得的是有種知途迷返，知之為知之，不知 為不知，知你冷暖，懂你悲歡，把你放在了心頭上的人。難得的是面對(duì)片 深山廣林、教你為人，怎樣處事，面對(duì)人生 ；淡泊世事，踐行伯樂，明鏡心 扉。心似無物化有物，道似無情渡有情，佛似無邊勝有邊，儒似學(xué)而不思 厭也，山高不止于流水，流水不止于小橋，除非去哪里在看看，除非去哪 里在歷歷，除非去哪里在觀光！ 一路走馬觀花，沐浴星星的樂園，想哪，念 那。白若溪在月牙泉唱著：每當(dāng)太陽落下西邊的