工學基于MATLAB的電力諧波分析

1、目錄摘 要2Abstract21：緒論31.1課題背景31.2諧波的產生41.3電網(wǎng)中諧波的危害61.4研究諧波的重要性62：諧波的限制標準和常用措施82.1國外諧波的標準和規(guī)定92.1.1諧波電壓標準92.1.2諧波電流的限制102.2我國諧波的標準和規(guī)定102.2.1諧波電壓標準112.2.2諧波電流的限制122.3諧波的限制措施133：諧波的檢測與分析163.1電力系統(tǒng)諧波檢測的基本要求163.2國內外電力諧波檢測與分析方法研究現(xiàn)狀163.3諧波的分析19電力系統(tǒng)電壓（或電流）的傅立葉分析193.3.2基于連續(xù)信號傅立葉級數(shù)的諧波分析204：電力諧波基于FFT的訪真224.1快速傅立葉變

2、換的簡要和計算方法224.1.1快速傅立葉變換的簡要224.1.2快速傅立葉變換的計算方法224.2 FFT應用舉例235：結論29附錄：29參考文獻：31致謝：31基于MATLAB的電力諧波分析學生：指導老師：電氣信息工程學院摘 要：電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀20年代就引起人們的注意，到了50年代和60年代，由于高壓直流輸電技術的發(fā)展，發(fā)表了有關換流器引起電力系統(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的關注。本文首先對目前國內外電力諧波檢測與分析方

3、法進行了綜述與展望，并對電力諧波的基本概念、性質和特征參數(shù)進行了詳細的分析，給出了諧波抑制的措施。并得出基于連續(xù)信號傅立葉級數(shù)的各次諧波系數(shù)的計算公式，推導了該計算公式與MATLAB函數(shù)FFT計算出的諧波系數(shù)的關系。實例證明：準確測量各次諧波參數(shù)，對電力系統(tǒng)諧波分析和抑制具有很大意義，可確保系統(tǒng)安全、可靠、經濟地運行。同時實驗結果表明，該法對設備要求不高，易于實現(xiàn)。關鍵字：MATLAB 電力諧波分析Harmonic Analysis of Electric Power System Based On MatlabStudent: Teacher:Electrical and Informati

4、on EngineeringAbstract:The harmonic problem of electric power system has caused the attention of people in1920s and 1930s.Until 1950s,owing to the development of high voltage direct current transportation electricity technology,people published a large number of theses about the electricity power sy

5、stem harmonic problem,which caused by the current transform device.Since 1970s,because of the speedly development of eletricity power electronics technology,the various electric power electronics devices were applied extensively in the electric power system,industry,traffic and family,but the harm w

6、hich the harmonic creates was serious more and more.Many country of the world all pay attention to the harmonic problem. Summary and Prospects of the first domestic and international power harmonics detection and analysis methods, and power harmonics of the basic concepts of the nature and character

7、istic parameters of a detailed analysis, given a harmonic suppression measures. Obtained based on the Fourier series of continuous signal harmonic coefficient formula, the derivation of the formula and MATLAB functions, FFT calculated harmonic coefficient. Instance to prove: the accurate measurement

8、 of the harmonic parameters, and inhibition of great significance to ensure system security, reliable and economic operation of power system harmonic analysis. Experimental results show that the devices do not ask, easy to implement.Keywords: MATLAB Power Harmonic Analysis1：緒論1.1課題背景一般而言,理想的電力系統(tǒng)是以單一

9、而固定的頻率以及規(guī)定的固定幅值的電壓水平供電的。然而，電網(wǎng)通常不能滿足以上要求提供電能。實際中，由于電力電子技術的廣泛應用 ，工業(yè)生產中的大功率換流設備、電子電壓調整設備、電弧爐、非線性負載等將不可避免地產生非正弦波形，向電力系統(tǒng)注入了大量諧波電流，導致電壓、電流波形發(fā)生了嚴重畸變。電力系統(tǒng)諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。諧波頻率與基波頻率的比值稱為諧波次數(shù)。我國電力系統(tǒng)的額定頻率為50Hz，則基波頻率為50Hz，2次諧波頻率為100Hz，3次諧波頻率為150Hz等。在一定供電條件下，有些用電設備也會出現(xiàn)非整數(shù)倍諧波，稱為間諧波或分數(shù)諧波。諧波實際上就是一和干擾量。

10、現(xiàn)在，由諧波引起的正弦電壓和電流的波形畸變已成為危害電能質量的主要原因之一。諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，惡化了供電系統(tǒng)所處的環(huán)境，無疑是公用電網(wǎng)的一種污染。并且近年來，由諧波引起的各種故障和事故不斷發(fā)生，其嚴重性已引起了人們的高度重視，它對電力系統(tǒng)的危害主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(1) 諧波會增加輸、供和用電設備的額外附加損耗，損害其絕緣性能，降低壽命和可靠性；(2) 諧波可導致繼電保護和自動裝置的誤動作，影響電力系統(tǒng)正常運行；(3) 由諧波引起的諧振，會提升諧波的幅值，造成電容器和其它設備因大電流損壞；(4) 電力諧波會對電視接收機、計算機圖形畫面產生波動，嚴重時損害機器；(5) 由于高次諧波的

11、存在，通迅線路將出現(xiàn)噪音和危險的感應電動勢；綜上所述，可以看出不論從保證電力系統(tǒng)和供電系統(tǒng)的安全經濟運行或是保證設備和人身的安全來看，對諧波污染造成的危害影響加以監(jiān)測和限制都是迫切需要的。1.2諧波的產生首先，諧波帶來的嚴重影響已經危及到用電設備、變電站設備和電力系統(tǒng)載波通迅。如何能夠把諧波的危害最大限度地減少，是目前電力電子領域極為關注的問題，而解決這一問題的關鍵在于快速準確定量地確定諧波的成分、幅值和相位等。這也正是我們進行諧波分析的目的所在。其次，由于現(xiàn)代工業(yè)、商業(yè)及居民用戶的用電設備對供電質量提出的要求越來越高，因此，諧波抑制及補償裝置的研制已勢在必行。這些裝置到底需要補償多大的諧波，

12、需要進行怎樣的補償裝置，以及需要達到怎樣的補償效果都是以諧波分析得到的結果為依據(jù)的。最后，諧波研究的意義更可上升到從治理環(huán)境污染，維護綠色環(huán)境角度來認識，對于電力系統(tǒng)這個環(huán)境來說，無諧波是“綠色”的主要標志之一。一些文獻中所指的純凈或無污染的電能就是指那些無諧波的電能，但這些無污染的波形僅在實驗室條件下存在，而諧波會在其它場合存在較長的一段時間并且會繼續(xù)存在下去。目前，對地球的環(huán)境保護已成為全人類的共識，對電力系統(tǒng)諧波污染的治理已成為電工技術科學所亟待解決的問題。在理想情況下，供電電壓、電流波形應是正弦波，但由于電力系統(tǒng)中存在大量非特性的供用電設備，使得實際波形偏離正弦波，這一非正弦波可用傅立

13、葉級數(shù)分解成為一個直流量、基波正弦量和一系列頻率為基波頻率整數(shù)倍的正弦分量之和，這部分頻率大于基頻的分量被稱作諧波。諧波實際上是一種干擾量，是衡量供電質量的主要指標之一。近年來，產生諧波的設備類型及數(shù)量均已劇增，隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應用日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴重。1.諧波的主要來源在電力電子裝置大量應用之前，最主要的諧波源是電力變壓器的勵磁電流，其次是發(fā)電機，但在電力電子大量應用之后，電力電子成為了最主要諧波源。諧波主要由諧波電流源產生。當正弦基波電壓施加于非線性設備時，設備吸收的電流與施加的電壓波形不同，電流波形因而發(fā)生了畸變

14、，由于負荷與電網(wǎng)相連，諧波電流注入到電網(wǎng)中，這些設備就成了電力系統(tǒng)的諧波源。電力系統(tǒng)中的主要諧波源可分為兩大類；（1）含半導體的非線性元件，如各種整流設備、變流器、交直流換流設備、PWM變頻器等節(jié)能和控制用的電力電子設備；（2）含電弧和鐵磁等非線性設備的諧波波源，如日光燈、交流電弧爐、變壓器及鐵磁諧振設備。2諧波的產生原因諧波存在于電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配、供、用的各個環(huán)節(jié)，諧波產生的根本原因是由于電網(wǎng)中某些設備和負荷的非線性特性。其主要來自于三個方面：（1）鐵磁飽和型：各種鐵心設備，如變壓器、電抗器等，其鐵磁飽和特性呈現(xiàn)非線性。（2）電子開關型：主要為各種交直流換流裝置(整流器、逆變器)以及雙向晶

15、閘管可控開關設備等，在化工、冶金、礦山、電氣鐵道等大量工礦企業(yè)以及家用電器中廣泛使用；在系統(tǒng)內部，如直流輸電中的整流閥和逆變閥等。其非線性呈現(xiàn)交流波形的開關切合和換向特性。（3）電弧型：各種煉鋼電弧爐在高溫熔化期間以及交流電弧焊機在高溫焊接期間，其電弧的點燃和劇烈變動形成的高度非線性，導致電流不規(guī)則地波動。其非線性呈現(xiàn)電弧電壓與電弧電流之間不規(guī)則的、隨機變化的伏安特性。對于電力系統(tǒng)三相供電來說，有三相平衡和三相不平衡的非線性特性。后者，如電氣鐵道、電弧爐以及由低壓供電的單相家用電器等，其中電氣鐵道是當前中壓供電系統(tǒng)中典型的三相不平衡諧波源。3.用電設備產生的諧波。如前所述，系統(tǒng)中存在的大量非線

16、性特性用電設備是諧波產生的主要原因，這類設備主要有兩類：一類是裝有功率電子元件的電氣設備，如：硅整流或可控硅整流、逆變、變頻裝置、調壓裝置。如淮南地區(qū)一座35KV用戶變電所，該企業(yè)使用直流電機，通過可控硅整流設備整流后，產生了高次諧波，通過測量，發(fā)現(xiàn)以5次諧波為主。另一類是具有非線性阻抗特性的電氣設備，如：感應爐、電弧爐、氣體放電燈，電抗器、變壓器以及家用電器。1.3電網(wǎng)中諧波的危害理想的公用電網(wǎng)所提供的電壓應該是單一而固定的頻率以及規(guī)定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對公用電網(wǎng)是一種污染，它惡化用電設備所處的環(huán)境，危害周圍的通信系統(tǒng)和公用電網(wǎng)以外的設備。近年來，各種電力電子裝置的迅速普

17、及使得公用電網(wǎng)的諧波污染日趨嚴重，由諧波引起的各種故障和事故不斷發(fā)生，諧波危害的嚴重性才引起人們的重視。諧波對公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害有以下幾方面：（1）諧波使公用電網(wǎng)中的元件產生附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設備的效率，大量的三次諧波流過中性線時將使線路過熱甚至發(fā)生火災。（2）諧波影響各種電氣設備的正常工作。諧波對電機的影響除引起附加損耗外，還會產生機械震動、噪聲和過電壓。諧波使變壓器局部過熱，使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞。（3）諧波會引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，引發(fā)嚴重事故。（4）諧波會導致繼電保護和自動裝置誤動作，并使電氣測量儀

18、表計量不準確。（5）諧波對臨近的通信系統(tǒng)產生干擾，輕則產生噪聲，降低通信質量；重則導致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。1.4研究諧波的重要性和許多其它形式的污染一樣，諧波的產生影響整體（電氣）環(huán)境，而且可能影響到距其源點較遠的距離之處。電力系統(tǒng)諧波最明顯的后果也許是因感應諧波噪音所引起的電話通信的劣化。但是還有其它的較少出現(xiàn)，然而卻常常有更為災難性影響的情況，例如重要的控制和保護裝置引起系統(tǒng)的誤動作以及電力設備的過載。波形污染的存在常常僅在代價昂貴的事故（例如：無功補償電容的損壞）之后才被發(fā)現(xiàn)。此外，在沒有電氣福利的國家，上述損壞必須有用戶來修復和更換，即便采用由用戶安裝保護設備的濾波器這一

19、措施，也只是對整體電氣環(huán)境進行了少許改善。近些年，工業(yè)方面由于采用了晶閘管整流而有了可觀的發(fā)展，但也因此產生了電流諧波。設計設備時通常是假設有一個沒有諧波畸變的電壓源，這種假設只是在向該設備供電的系統(tǒng)具有很低的諧波阻抗時才能成立。因而較小的電力用戶正在面臨其自身的控制設備和供電電流的相互作用而引起的日益增加的困難。還有，在現(xiàn)代工礦企業(yè)和運輸部門中，非線性負荷大量增加。首先是硅整流和換流技術的發(fā)展，例如：化工部門在電解過程中廣泛采用硅整流；電氣化鐵道中采用單相交流整流供電的機車。其次是冶金、機械工業(yè)的發(fā)展使電弧煉鋼爐容量不斷擴大，單臺容量由過去幾噸發(fā)展到300-400噸，相應的電爐變壓器容量也由

20、幾個兆伏安發(fā)展到幾十甚至一、二百兆伏安。此外，工業(yè)中廣泛使用的電弧和接觸焊設備，硅鐵爐、高頻爐等均屬于非線性負荷。電力變壓器容量在不斷發(fā)展，也成為電力系統(tǒng)的一個重要的非線性負荷。隨著工業(yè)的發(fā)展預計非線性負荷還將不斷增加。非線性負荷從電網(wǎng)吸收非正弦電流，引起電網(wǎng)電壓畸變。不對稱的波動諧波源（例如：電弧源、電氣化鐵道）還引起電壓波動、閃變和負序分量，使電能質量嚴重惡化，危及電力系統(tǒng)安全和經濟運行，并影響某些用戶的正常生產。綜合不看，諧波污染對電力系統(tǒng)的危害主要概括為：1在感應電機和同步電機中發(fā)生過度的損耗發(fā)熱，甚至和同步電機的機械振動；2增加變壓器和電網(wǎng)的損耗。當發(fā)生諧振或放大現(xiàn)象時，損耗可達到相

21、當大的程度；3對無功補償電容器組引起諧振或諧波電流的放大；從而導致電容器因過負荷或過電壓而損壞；對電力電纜也會造成電纜的過負荷或過電壓擊穿；4系統(tǒng)中諧波電壓和電流諧振造成電壓和過電流或者引起電纜介質絕緣的破壞。5對繼電保護、自動控制裝置和計算機產生干擾和造成誤動作。尤其是一些衰減時間較長的暫態(tài)過程，如變壓器合閘涌流中的諧波分量，由于其幅值和含量都很大，更容易引起繼電保護的誤動作；6干擾大電機的控制器和發(fā)電廠的勵磁系統(tǒng)（據(jù)報告曾引起過發(fā)電機故障和不對稱輸出）；7干擾脈動控制和電力載波系統(tǒng)，引起遙控轉換，負荷控制和儀表顯示功能的系統(tǒng)誤動；8位于零點電壓交叉檢波和閉銷觸發(fā)電路的不穩(wěn)定運行；9電度表出

22、現(xiàn)測量誤差。一方面是增加電度表本身的誤差，另一方面是諧波源負荷從系統(tǒng)中吸收基波功率而向系統(tǒng)送出諧波功率。這樣受害的用戶既從系統(tǒng)中吸收基波功率，又從諧波源吸收無用的諧波功率，其后果是諧波源負荷用戶少付電費，而受害的用戶多付電費；10諧波電流在高壓架空線路上的流動除增加線損外，還將對相鄰通訊線路產生干擾影響。當然這些影響取決于諧波源的類型：諧波源在系統(tǒng)中的位置和促進諧波傳播的網(wǎng)絡特征。目前國際上公認，諧波的“污染”是電力系統(tǒng)的公害，必須采取措施加以限制。供電部門為了避免諧波問題的副作用，對用戶間公共禍合點上的電壓諧波水平，一般要給出諧波限制的允許標準。但是確定諧波水平的限制不是件簡單的事?，F(xiàn)有的知

23、識還不夠充分和先進到足以確定這樣一個限制；即在這個限制內，任意給定的電力系統(tǒng)，都可以承受這個諧波水平，在此水平下，系統(tǒng)具備對它所要求的各種功能。因為大部分現(xiàn)有的諧波知識是從事件背景中產生出來的，迄今為止所制定的標準和限值都反映了過去的實際經驗，以防止類似問題今后再出現(xiàn)。2：諧波的限制標準和常用措施諧波降低了系統(tǒng)電能的波形質量。電能的生產和使用是在同一個系統(tǒng)中，同一時間完成的，系統(tǒng)電源通過產生正弦波形電壓向非線性用戶反饋提供基波電能的同時，又遭受其諧波電流的入侵，引起電網(wǎng)電壓正弦波形的畸變。為了保證電能質量，系統(tǒng)向用戶的供電電壓負有波形合格的責任，而非線性用戶在使用系統(tǒng)電能時，負有限制諧波電流注

24、入系統(tǒng)、不使系統(tǒng)的供電電壓質量過分降低的責任。諧波標準試圖在供電系統(tǒng)（包括線性用戶）與諧波源用戶之間取得協(xié)調，以較為合理的分擔諧波指標，保證系統(tǒng)的電能質量和可靠供電，從總體上達到相對合理的、供用電雙方均較有利的運行狀態(tài)。而我們所采取消除電力系統(tǒng)諧波措施的目的也就是限制諧波注入電網(wǎng)的諧波含量，把電力系統(tǒng)中的諧波含量，控制在允許的范圍內。諧波標準與各國電力系統(tǒng)及諧波源的具體情況有關，不同的情況，重點考慮的因素也不相同，各國都有符合本國國情的諧波標準。但縱觀各國現(xiàn)有的制定和頒發(fā)了的限制諧波的國家標準或規(guī)定，可以看出主要是對諧波電壓和電流的限制。無論是系統(tǒng)的諧波電壓還是諧波源用戶注入系統(tǒng)的諧波電流還是

25、帶有電子控制器件的家用電器和低壓電器產生的諧波，都有相應的標準存在。2.1國外諧波的標準和規(guī)定2.1.1諧波電壓標準限制正弦波形的畸變均采用電壓總諧波畸變率THDh()各次諧波電壓含有率HRUh()兩個指標。多數(shù)國家兩者都列出限值，在前者限值的嚴格控制下按諧波次數(shù)的范圍（如奇、偶次）給出后者的限值，少數(shù)國家根據(jù)電網(wǎng)諧波的具體情況僅對后者作了詳細規(guī)定或者著重對若干次諧波的限制做出規(guī)定。各標準中各級電網(wǎng)的諧波電壓允許值與電網(wǎng)的電壓等級有關，有的國家還對配電系統(tǒng)與輸電系統(tǒng)分開對待。各級電網(wǎng)的限制均由低壓電網(wǎng)經中壓電網(wǎng)到高壓電網(wǎng)逐級減小，在電網(wǎng)正常運行方式下，并把國際大電網(wǎng)會議36-05工作組推薦的“

26、低值”作為電網(wǎng)諧波正常水平的限制值。各國規(guī)定的限制各級電壓電網(wǎng)電壓波形畸變率是非常接近的，電壓總諧波畸變大致如下： 低壓電網(wǎng)（1KV）： THDh=4-5； 中壓電網(wǎng)（2.4-72KV）； THDh=1.5-5； 高壓電網(wǎng)（84KV及以上）； THDh=1-1.5。 其中，低壓電網(wǎng)的諧波電壓允許值是諧波標準的基礎限值。中、高壓各級電網(wǎng)的諧波電壓限值，首先應保證低壓電網(wǎng)的諧波電壓不超過允許值，同時應保證本級電網(wǎng)及其設備，如繼電保護、電容補償?shù)鹊陌踩煽窟\行。2.1.2諧波電流的限制諧波電壓是諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流在電網(wǎng)阻抗上產生的電壓降。在電網(wǎng)連接點的諧波電壓，可能是一個諧波源的諧波電流造成，

27、也可能是多個諧波源的諧波電流造成。因此，要限制系統(tǒng)的諧波電壓，就必須限制諧波源用戶注入的諧波電流。諧波電流的限制是根據(jù)保證系統(tǒng)電能質量、把諧波電壓限制到允許范圍以內的基本要求所確定的。根據(jù)不同情況和要求，再考慮到管理上的方便，可采取多種形式和方法，主要有：1.規(guī)定換流器或交流調壓器諧波源不經過計算即可接入電網(wǎng)的允許容量；2.規(guī)定每個用戶注入電網(wǎng)的諧波電流允許值；3.如國際大電網(wǎng)會議第36-05工作組提出的建議?？鄢弦患夒娋W(wǎng)傳遞到本級電網(wǎng)的諧波電壓后，剩余的諧波電壓即為本級電網(wǎng)對其全部用戶能承擔的全部諧波能力，再按每個用戶接入本級電網(wǎng)取用的供電容量份額，計算該用戶允許注入電網(wǎng)的諧波電流。2.2

28、我國諧波的標準和規(guī)定我國諧波國家標準(GB/T1454993)電能質量公用電網(wǎng)諧波是國家技術監(jiān)督局于1993年7月31日發(fā)布，1994年3月1日起實施的。制定諧波國家標準的目的是把公用電網(wǎng)的諧波量控制在允許范圍內，以保證供電電能質量，防止諧波對電網(wǎng)和用戶的各種電氣設備造成危害，保證電網(wǎng)及用戶安全經濟運行。標準適用的范圍是交流50Hz、110kV及以下的公用電網(wǎng)及其供電的電力用戶。對于220kV電網(wǎng)及其供電的電力用戶，可參照標準對110kV電網(wǎng)的規(guī)定執(zhí)行。其主要原因為：1. 220kV電網(wǎng)的諧波電壓直接受330kV或500kV電網(wǎng)諧波電壓的影響。對于這種影響，目前國內外都還缺乏經驗。2. 220

29、kV電網(wǎng)輸電線路的充電無功功率較大(每100km約25MVar)，在某些情況下難以避免對低次諧波(例如3次、5次諧波)的放大。3. 目前許多220kV電網(wǎng)使用的電容式電壓互感器測量諧波電壓的誤差很大，用于諧波電壓的測量，沒有實際意義。4. 直接用220kV電壓供電的用戶相對較少。雖然對220kV電網(wǎng)未規(guī)定諧波電壓限值，但接入220kV的用戶往往是較大的諧波源。為了保證110kV及以下電網(wǎng)的諧波電壓不致超標，對220kV供電的用戶應有諧波電流的限制。2.2.1諧波電壓標準110KV及以下電網(wǎng)諧波標準規(guī)定見表4-1、表4-2：電網(wǎng)標稱電壓/kV電壓總諧波畸變率/%各次諧波電壓含有率/%奇次偶次0.

30、38 5.0 4.0 2.0 6 4.0 3.2 1.6 10 4.0 3.2 1.6 35 3.0 2.4 1.2 66 3.0 2.4 1.2 110 2.0 1.6 0.8 表4-1公用電網(wǎng)諧波電壓(相電壓)限值電網(wǎng)標稱電壓/kV 電壓總諧波畸變率/%各次諧波電壓含有率/%奇次偶次0.38 2.6 2.1 1.1 6 2.2 1.8 0.9 10 2.2 1.8 0.9 35 1.9 1.5 0.7 66 1.9 1.5 0.7 110 1.5 1.2 0.6 表4-2各級電網(wǎng)諧波源產生的電壓限值考慮到低壓0.38KV電網(wǎng)內低次諧波占主要成分，同時為保證大量而普遍存在的低壓電動機、并聯(lián)電

31、容器的安全運行，保證計算機的正常工作和符合保護及遠動裝置對電源諧波的要求，其電壓總諧波畸變確定為5。2.2.2諧波電流的限制為了把公用電網(wǎng)的諧波電壓限制在表4-1的允許范圍內，必須相應限制用戶注入電網(wǎng)的諧波電流，其值按下列步驟得到。1.各級用戶本級電網(wǎng)上產生的諧波電壓允許值。 從表4-1每級電網(wǎng)的諧波電壓允許值中扣除其上一級電網(wǎng)傳遞至本級的諧波電壓，才是本級全部用戶在本級電網(wǎng)上產生的諧波電壓允許值如表4-3。標準電壓THDUHRUh（奇次）HRUh（偶次）0.382.5622.0491.02510（6）2.2181.7740.88736（66）1.8611.4890.7441101.4761.

32、2130.607表4-3 各級用戶在本級電網(wǎng)上產生的諧波電壓允許值 2.根據(jù)用戶最大負荷電流與公共連接點的最大短路電流之比，確定該用戶注入電網(wǎng)公共連接點的諧波電流允許值如表4-4。標準電壓（KV）基準短路（MVA）諧波次數(shù)及諧波電流允許值（A）234567890.381078623962264419216100433421341424111110100262013208.5156.46.83525015127.7125.18.83.84.16650016138.1135.49.34.14.3110750129.66.09.61.06.83.03.2標準電壓（KV）基準短路（MVA）諧波次數(shù)及諧

33、波電流允許值（A）10111213141516170.38101628132411129.71861008.5167.1136.16.85.310101005.19.34.37.93.74.13.26.0352503.15.92.64.72.22.51.93.6665003.35.92.75.02.32.62.03.81107502.44.32.03.71.71.91.52.8標準電壓（KV）基準短路（MVA）諧波次數(shù)及諧波電流允許值（A）18192021222324250.38108.6167.88.97.1146.51261004.79.04.34.93.97.43.66.8101002.

34、85.42.62.92.34.52.14.1352501.73.21.51.81.42.71.32.5665001.83.41.61.91.52.81.42.61107501.32.51.21.41.12.11.01.92.3諧波的限制措施限制電力系統(tǒng)的諧波，應對諧波源本身或在其附近采取適當?shù)募夹g措施。由于諧波源主要為電流源，因此要根據(jù)諧波國家標準的規(guī)定，限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流，把電力系統(tǒng)的諧波電壓抑制在允許范圍內，以保證電能質量和電力系統(tǒng)的安全、經濟運行。其基本方法有三：1.裝設諧波補償裝置對諧波進行補償；2.對產生諧波的裝置進行改造，使其不產生諧波，且功率因數(shù)盡量接近1；3.通過合理

35、配置諧波源的工作方式或供電電壓等級，減小諧波的影響。主要措施如下：(1)加裝交流濾波裝置，在諧波源附近裝設若干調諧及高通濾波支路，以吸收諧波電流，有效地減小諧波量。電力無源濾波器的主要類型如圖4-1所示。圖4-1 電力無源濾波器的主要類型(a)單調諧濾波器 (b)雙調諧濾波器 (c)二階高通濾波器 (d)C型濾波器單調諧濾波器利用R、L、C元件串聯(lián)諧振原理構成；雙調諧濾波器在諧振頻率附近相當于兩個并聯(lián)的單調諧濾波器，它能同時吸收兩種頻率的諧波；高通濾波器在高于某個頻率之后很寬的頻帶范圍內呈低阻抗特性，用以吸收若干較高次諧波，其中二階減幅型基波損耗較小，阻抗頻率特性較好，結構簡單，故工程上用得最

36、多；C型濾波器可用來補償較低次諧波，具有較寬的頻帶，而基波損耗很小。這種濾波方法的主要缺點是補償特性受電網(wǎng)阻抗和運行狀態(tài)影響，易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導致諧波放大，使LC濾波器過載甚至燒毀。此外，它只能補償固定頻率的諧波，補償效果也不甚理想。(2).加裝靜止無功補償裝置(SVC)，可有效地減小波動諧波源的諧波量，并有抑制電壓波動、閃變、三相不平衡和補償功率因數(shù)的功能，具有綜合的技術經濟效益；靜止無功補償裝置的基本結構是由快速可變的電抗或電容元件組合而成，它能夠對系統(tǒng)、負荷無功功率進行快速動態(tài)補償，抑制不平衡電流產生，并濾除污染源發(fā)出的諧波。該裝置被廣泛用于輸電系統(tǒng)波阻抗補償及長距離輸電的分段補償

37、，并大量用于負載無功補償。其典型代表是晶閘管控制電抗器、晶閘管投切電容器、靜止無功發(fā)生器等。(3)對于低壓小容量諧波源的補償，采用有源濾波器等新型抑制諧波的措施。有源濾波器基本原理是從補償對象中檢測出諧波電流，由補償裝置產生一個與該諧波電流大小相等而極性相反的補償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，因而受到廣泛的重視。有源電力濾波器的交流電路可分為電壓型和電流型，實際應用的裝置中以電壓型為主。(4)增加換流裝置的相數(shù)或脈動數(shù)，可有效地消除較大的低次特征諧波。整流裝置是電網(wǎng)中的主要諧波源之一，在其交流側所產生的諧波為p

38、k±1次諧波，而在直流側產生pk次諧波(p為整流相數(shù)或脈動數(shù)，k為正整數(shù))，并且諧波電流的有效值大體上與諧波次數(shù)成反比。因此，增加換流器的相數(shù)，可以有效地消除較大的低次特征諧波。增加換流相數(shù)的途徑有兩種，一是采用特殊接線方式，使換流變壓器形成多相整流；一是將相數(shù)少的換流變壓器聯(lián)結成等效的多相形式。 (5)采用高功率因數(shù)變流器。這類電路輸入電流諧波分量少，功率因數(shù)很高甚至接近1，與設置補償裝置來補償諧波和無功功率相比，這是一種更為積極有效的方法。其中大功率裝置多采用多重化和自換相技術，中等功率裝置多采用PWM整流技術，小功率裝置則多采用帶斬波器的二極管整流電路。(6)改變諧波源的配置或

39、工作方式，具有諧波互補性的裝置應集中，否則應適當分散或交替使用，適當限制諧波量大的工作方式，可以減小諧波的影響。(7)改變電容器的串聯(lián)電抗器，或將電容器組的某些支路改為濾波器，或限定電容器組的投入容量，可以有效地減小電容器對諧波的放大并保證電容器組的安全運行。(8)諧波源由較大容量的供電點或由高一級電壓的電網(wǎng)供電，以增加系統(tǒng)承受諧波的能力，減小諧波的影響。(9)提高設備抗諧波干擾能力，改善諧波保護性能。(10)加強諧波管理工作，堅持諧波的監(jiān)測和普查，制定嚴格的管理標準，使電網(wǎng)諧波保持在正常范圍內。3：諧波的檢測與分析3.1電力系統(tǒng)諧波檢測的基本要求1必須遵照1993年國家頒布的標準GB/T14

40、549-93，即電能質量公用電網(wǎng)諧波標準對諧波測量方法和數(shù)據(jù)處理。2測量精度。為能夠很好的減少誤差和精確測量，須制定一些用來表示抗御噪聲、雜波等非特征信號分量的能力測量精度。3測量速度。要求其動態(tài)跟蹤能力比較快，測量時的滯后性相對小一些。4對魯棒性要求。諧波不但能夠在電力系統(tǒng)的正常情況下測出，在異常運行情況下也能測出。5對實踐代價的要求。此項要求往往與上述要求相沖突，在實踐中應踐中應酌情考慮，在達到應用要求的前提下，應力求獲得較高的性能價格比。3.2國內外電力諧波檢測與分析方法研究現(xiàn)狀諧波檢測方法是諧波檢測的核心環(huán)節(jié)，也是各文獻著重論述和相互區(qū)別所在。諧波測量一般包括三個步驟信號預處理諧波幅值

41、和相位測量結果再處理其中信號預處理和結果再處理是輔助算法，為諧波測量服務，以優(yōu)化測量性能，達到實際應用的目的。諧波測量方法雖然在算法設計和現(xiàn)實中占據(jù)主導地位，但輔助算法在很大程度上決定了其能否預期執(zhí)行和裝置的可靠性，故不能忽視對它的設計。實踐表明，獲得一個時滯性小，去噪聲能力強，同時為后續(xù)分析提供高精度諧波特征的輔助算法并不容易。輔助算法的選擇主要取決于以下因素實際輸入信號的動態(tài)特性與所要求的理想信號符合程度數(shù)據(jù)處理性能給定的時間響應和精度要求軟硬實現(xiàn)約束條件。目前國內處諧波檢測與分析方法可分為：1.采用模擬帶通或帶阻濾波器測量諧波最早的諧波測量是采用模擬濾波器實現(xiàn)。即采用濾波器將基波電流分量

42、濾除，得到諧波分量，或采用帶通濾波器得出基波分量，再與被檢測電流相減得到諧波分量。該檢測法的優(yōu)點是結構簡單，造價低，輸出阻抗低，結果易于控制，該方法也有許多缺點，如濾波器的中心頻率對元件參數(shù)十分敏感，受外界環(huán)境影響較大，難以獲得理想的幅頻和相頻特性。當電網(wǎng)頻率發(fā)生波動時，不僅影響檢測精度，而且檢測出的諧波電流中含較多的基波分量，大大增加了有源補償器的容量和運行損耗。2.基于傅立葉變換的諧波檢測與分析隨著計算機和微電子技術的發(fā)展，基于傅立葉變換的諧波檢測是當今應用最多也是最廣的一種方法。它由離散傅立葉變換過渡到快速傅立葉變換的基本原理構成。模擬信號經采樣，離散化為數(shù)字序列信號后，經微型計算機進行

43、諧波分析和計算，得到基波和各次諧波的幅值和相位，并可獲得更多的信息，如諧波功率、諧波阻抗以及對諧波進行各種統(tǒng)計和分析等，各種分析計算結果可在屏幕上顯示或按需要打印輸出。使用此方法測量諧波精度較高，功能較多，使用方便。其缺點是需要一定時間的電流值，且需進行兩次變換，計算量大，需花費較多的計算時間，從而使得檢測方法具有較長時間延時，檢測結果實際是較長時間前的諧波和無功電流，實時性不好。而且算法中存在頻譜泄漏效應和柵欄效應，使計算出的信號頻率、幅值和相位不準，尤其是相位誤差很大，無法滿足測量精度的要求，必須對算法進行改進，以達到要求值。3.基于瞬時無功功率的諧波檢測與分析1989年，日本學者H.Ak

44、agi等人提出曖昧無功功率理論，根據(jù)此理論可以得到瞬時有功功率和瞬時無功功率，將其分解為交流和直流，其交流部分對應于諧波電流，由此可以計算諧波分量?；鵳-q法、ip-iq法能夠準確測量對稱的三相本線制電路諧波值。它不僅在電網(wǎng)電壓畸變時適用，在電網(wǎng)電壓不對稱時也同樣有效而在電網(wǎng)電壓畸變時，使用此法測量諧波存在較大的誤差。由于此理論基于三相三線制電路，必須首先構建三相電路才能進行諧波測量。這兩種方法的優(yōu)點是當電網(wǎng)電壓對稱且無畸變時，各電流分里基波正序無功分量、不對稱分量及高次諧波分量的測量電路比較簡單，并且延時少，雖說被測量對象電流中諧波構成和采用的濾波器不同，會有不同的延時，但延時最多不超過一個電源周期，對于電網(wǎng)中最典型的諧波源三相整流器，其檢測的延時約為1/6周期?？梢?，該方法具有很強的實時性。但硬件多，花費大。針對此方法的缺點，有學者提出一種能適用于任意非正弦、非對稱三相電路