电力系统的谐波及治理汇总

1、 电力彙俛的错汶及澹理 Un 口 仁电力系统谐波治理的锻性和总义随着科学技术的发展，匸业生产水平和人民生活水平的提斋IE线性用电设备在电网中大量投运,造成了电网的谐波分量占的比两越來越大。谐波给电力系统带来的危害十分严氓。谐波使电能的生产、传 输利利用的效率降低.便电气设备过热、产生振动利嗓并便绝缘老化，使用寿命缩短.共至发丫故障或烧毁。谐波町引起电力系统局部并联谐振或小联谐振便谐波含危放人.造成电容器尊设备烧毁。谐波还会引起继电保护和门动装置谋动作.使电能计就出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严匝 干扰。囚此，对谐波的研究以及如何抑制、治理C成为个只有重耍 意义的课题

2、。 II 二、电能质虽(电能质呈的好坏，宜接影响到工业产品的质屋，评价电能质呈仃三II方面标准：1. 电压：它包含电压的波动、电压的偏移、电压的闪变等：| |2.频率波动：3电压的波形质氐 即三柏电用波形的対称性和正眩波的畸变率.也就 足谐波所片的比貶。相关标准和规范电能质吊.公川电网谐波GB/T14549 1993低压电气及电子设备发出的谐波电流限制标准GB17625. 1-1998国际电工学会标准：IEC 61000美国国家标准:IEEE std 519-1992 I I 三、电力系统中的谐波II(一)谐波的定义：在电力系统中谐波产生的根木原I人1足山丁诽线性负我所 致。当电流流经负戦时.

3、与所加的电斥不呈线性关系，就形 成非正弦电流即电路中有谐波产生。电力谐波是频率为50Hz整倍数的圧弦波电压或电流。发电厂或者发电机发出的电賦是频率为50Hz的正弦波波巾“ 称为早波 50Hz称为里波频率 频率为50Hz整倍数的&弦波称为谐波。谐波用基波的倍数农示，例如频率为150Hz的止弦波称为3次谐波，频率为250Hz的正眩波称为5次谐波，频率 为350Hz的匸眩波称为7次谐波.以此类推。谐波足正弦波，每个谐波都貝有不同的频率幅度与相角。谐波频率的正弦波电压或电流称为谐波电压或谐波电流r基波和谐波疊加时，形成形状怪斤的波形，这称为波形畸变 °例如.卜图是基波与5次、7次谐波

4、宜加的结果，这是1业场 合曲见的电流波形。在实际工程中，大多数谐波为奇次谐波，也就是3、5. 7. 11 13o 丄（二）谐波电流与谐波电压1. 谐波电流：谐波电流是非线性负载产生的，这些非线性负载从电 源吸取非正弦波的电流，这些非正弦波电流中包含了谐波 电流。2. 谐波电流流过线路时，在线路的两端产生了谐波电压，谐 波电压是由谐波电流产生的。3. 如果特定的配电系统对于N次谐波电流的阻抗为ZN,谐波 电流IN在配电系统上产生的谐波电压VN为：Vn = In x ZnUO U JnI I *（三谐波的度量I,通常不用谐波电流或电压的绝対数值表示谐波的严墜程度，而I用谐波在基波中所占的比例来衡量

5、谐波的严重程度.总谐波电流晡变率THID：THID =总谐波电流的有效值/基波电流的有效值 总谐波电压畸变率THVD：THVD =总谐波电压的有效值/基波电压的有效值单次谐波电流崎变率：此趙用于度星某一次谐波电流所占的比例，例如N次谐波电流 的有效值为IN,基波电流的有效值为11,贝IJN次谐波电流的畸变率 为：N次谐波电流畸变举=IN / 11 Dn I单次谐波电压畸变率：I此量用于度量某一次谐波电压所占的比例，例如N次谐波电（压的有效值为VN,基波电压的有效值为V1,则N次谐波电压|_的畸变率为：N次谐波电压畸变率=Vn / V1总需求电流崎变率：TDD TDD =总谐波电流的有效值/基波

6、电流的有效值（总需就）注意总需求电流崎变率TDD与总谐波电流畸变率THID十 分相近，但TDD分母是用电户需求的最大基波电流有效值， 而不是基波电流的有效值。四、谐波的来源及危（一）电网谐波来口于三个方面：一是发电源质量不高产生谐波; 二是输配电系统产生谐波：三是用电设备产生的谐波，其中用电 设备产生的谐波最多。（A）发电设备：发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称.铁心也很 难做到绝对均匀i致，发电机的转了产生的題场不可能是亢善的 正弦波。（B）输配电系统：输配电系统中主要是电力变压器产生谐波.在系统运行中， 当变压器铁心呈饱和状态时.瓦磁化曲线则呈非线性，如当变压 器电源侧电压超过额定

7、电压10%以上时会使二次侧电压的三次谐 波明显増加.由于电网电压偏移在±7%以下，所以发电、变电设备产生的 谐波分量都比较小.比国家的考核标准低的多.因此发电、变电 设备不是彫响电网电压波形方面质量的主要矛盾。影响电网电压波形质量的主要矛盾是非线性用电设备. | Qc用电设备：II非线性用电设备主要有以下四大类： a.电弧加热设备：如电弧炉.b.交流整流的直流用电设备:C.交流整流再逆变用电设备:电焊机等 如电力机车、 如变频调速、电解、电镀竽 变频空调尊.d开关电源设备：如中频炉、彩色电视机.电脑、电子整流 器尊。电弧加热设备：弧电流是非正弦波，造成电弧加热设备对 电网的谐波污染比

8、较大。 交流整流的直流用电设备：整流设备有一个阀电压.在小于 阀电压时.电流为零。这类用电设备为了提供平稳的直流电 -源.在萦流设备中加入了储能元件（电容和电感），从而使 -阀电压提高，加激了谐波的产生就。交流整流再逆变用电设备:在交流变直流过程中产生的谐波与上述的交流整流直流用电设备一样，它在直流逆变成交流时又有逆变波形反射到交流电流。开关电源设备：这类用电设备同样是单台容量不大.但它是 应用面最广、量最大的非线性用电设备，它还有一定童的三 次谐波，造成配变的中心线电流居高不下，而且三次谐波还会通过配电变压器污染到上级电网。在电力系统中.供电电压波型是中心对称的,因此基 本上不含有偶次谐波，

9、主要存在在奇次谐波。其中11、13 次以上谐波Fll于其频率比较高，而冃输电线路令一定电感 对地又有一定电容吊.相间及线间也有一定电容量。因此.高次谐波在线路传输过程中寢减比较快，同时高次谐波在电网中所片的比乖也不大，故在电力行业中不作为 主要治理对彖。（二谐波的危害谐波对于配电系统以及配电系统所供电的用电设备都 是十分有害的，典型的危害如卜附衣一所示。Sl 因电绳过拔 电缆早期老化绝缘损坏绸短变压册妤命，障低变圧变爪器讨热器的仃效和零线中电減过人 电境加婕Z化其至诱发火灾电网上的设备件PLC> UPS、变倾骼等沃动作 能降託或斤寿命缩尚谐波电渝产f更人的铜WWflM3次谐波在线上廉加，

10、电漁仃效伉接迫相线 (101.:倍谐波电淹淹过电网阳抗时谄;I这些谐波电压刈电于设备形成十扰无功补偿电容过电容过热禎全撇坏、谐波放 流大.电客不能投切等电机发热、接动 电机饶ffl成轴承搞坏谐披电汝史方易流过电容适成电容过仗.谐 波电流还会诜发诂振.在电容上产生史人的谐 波电流.导纹电祥过热i愉血流施加左电机导致商频血流和负序电障低发屯机戍UPS的额定功寧发电机和UPS达不到额定的 输出功率奁外跳闸断电.越呐止常流发电机和UPS的内巩较大 i用波电沆次过这獻 电邈时.会严生史人的谐波电压.才致約出电 乐闊空过人.不陡满足员载的嬰求般保护设為是按照匸技波电压和& 1页八设紺吴功作讣和校帯

11、的.不适W谐波的场介 口 口匚 一从附表一可以看出，谐波电流导致的故障现象分n为两大类：第一，导致电缆或变压器过热;第二，导致电网上的其他设备出现误动作或性能降低。无论那类故障现象，元凶都是谐波电流，过热是由于电流直接导致的，干扰其它设备是由谐波电 流产生谐波电压后导致的。在谐波治理过程中般采用在变电所集小治理和在#线性 用电设备处分散治理两种方法。按谁污染谁治理n勺原则，应该在II线性用电仪备处分敢治谐波治理匸要冇三方ifri的措施:（一）降低谐波源的谐波含皐：也就是在谐波源匕采取措施, 最大限度地避免谐波的产生。 口 匚 整流设备：增加整流器的脉动数：整流器是电网中的 | |主要谐波源，其

12、特征频谱为：n=Kp±l,则町知脉冲数p增加.n也相应增人，而In=Il/m故谐波电流将减少。变频器：变频器和谐波治理设条配套使用，冃前冇些用户，往往只安装变频器，不安装配套的谐波治理设备。随着变频技术的推广.会使电网中的谐波影响加剧。用八侧选用同步电动机，它-力而町以进彳j无功补偿,减少电压波动及电压闪变，另-力血它乂能吸收部分谐波电流，对谐波治理也仃很人好处。UD UD 匚 防止并联电容器组对谐波的放人：在电网中并联电容器组起改善功率因数和调节电压的作用。当谐波存在时 ,在定的参数卜电容器组会对谐波起放人作用，危及 电'容閒木少和附近电气设备的安金。可采取串联电抗器或将电

13、容器组的某些支路改为滤波器，还口j以采取限 定电容器细的投入容鼠，避免电容甜对谐波的放大。 匚二（二）改善供电环境：选择合理的供电电压并尽可能保 I持三相电压平衡，可以有效地减小谐波刘电网的影响。谐波源由较大容最的供电点或高一级电压的电网供I电，承受谐波的能力将会增大。对谐波源负荷由专门的|线路供电，减少谐波对其它负荷的影响，也有助于集中（三）安装滤波器抑制和消除高次谐波.目前对变电所侧和用户侧谐波治理的方法，多采 用安装滤波器来减少谐波分量.uu u | 1. Yf源滤波器：II有源滤波器足通过对电流中高次谐波进行检测并根据检测结来输入与高次谐波成分具冇和反相位的电流.从而达到实时补偿谐波电

14、流的目的。有源滤波器不仅具有高度可控件和快速响应性,而S可以消除与系统卩II抗发生谐振的危险，同时也能门动跟踪 补偿变化的谐波。由于受到电力电（元件耐压.额定电流的发展限制.其制作也较之无源滤波装曽镇杂得名，成木也就高得名。 |2.无源滤波器，| 无源滤波器由L、C元件构成虑波回路，设计L、C回路在某一谐振频率呈现低阻抗（与系统阻抗相比）而 吸收谐波电流。这类滤波器往往接在变压器的二次侧出口处，从而 使变压器的一次侧该次谐波的分量也很小，达到对该次 谐波治理的目的。无源滤波器投资少、结构简单、运行可靠、维护方便, 但也存在一定的缺点即滤波容易受系统参数影响，对某些次谐波有放大的可能、体积大。 口 六、目前谐波治理存在的问题及对策 在供电系统中进行谐波治理有不少困难，如非线性负荷 不是24小时平稳运行的，因此谐波也是在变化的。所以采用 一个或几个固定的无源濾波器的投切，不可能和非线性负荷 变动进行同步. 有源滤波是谐波治理的发展方向。但目前由于功率电子