电网电力谐波

1、.：.；一、电网谐波来源一是发电源质量不高产生谐波：发电机由于三相绕组在制造上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些缘由，电源多少也会产生一些谐波，但普通来说很少。 二是输配电系统产生谐波：输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时思索经济性，其任务磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因此含有奇次谐波。它的大小与磁路的构造方式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器任务点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流0.5%。 三是用电设备产生的谐波：晶闸管整流设备。由于晶闸管整

2、流在电力机车、铝电解槽、充电安装、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的运用，给电网呵斥了大量的谐波。我们知道，晶闸管整流安装采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。假设整流安装为单相整流电路，在接感性负载时那么含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30%；接容性负载时那么含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。假设整流安装为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流；假设是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。经统计阐明：由整流安装产生的谐波占一切谐波的近40%，这

3、是最大的谐波源。 变频安装。变频安装常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类安装的功率普通较大，随着变频调速的开展，对电网呵斥的谐波也越来越多。 电弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得熄灭不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形衔接线圈而注入电网。其中主要是2次、7次谐波，平均可达基波的8% 、20%，最大可达45%。 气体放电类电光源。荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分析与丈量这类电光源的伏安特性，可知其非线性非常严重，有的还含有负的

4、伏安特性，它们会给电网呵斥奇次谐波电流。 家用电器。电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流安装，会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改动。这些家用电器虽然功率较小，但数量宏大，也是谐波的主要来源之一。 二、谐波的研讨“谐波一词来源于声学。有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪曾经奠定了良好的根底。傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛运用。电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的留意。当时在德国，由于运用静止汞弧变流器而呵斥了电压、电流波形的畸变。1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波

5、的论文是早期有关谐波研讨的经典论文。 到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的开展，发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文。70年代以来，由于电力电子技术的飞速开展，各种电力电子安装在电力系统、工业、交通及家庭中的运用日益广泛，谐波所呵斥的危害也日趋严重。世界各国都对谐波问题予以充分和关注。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的规范和规定。 谐波研讨的意义谐波的危害非常严重。谐波使电能的消费、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，运用寿命缩短，甚至发生缺点或烧毁。谐波可引起电力系统部分并

6、联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，呵斥电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电维护和自动安装误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通讯设备和电子设备会产生严重干扰。 谐波抑制为处理电力电子安装和其他谐波源的谐波污染问题，根本思绪有两条：一条是装设谐波补偿安装来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的；另一条是对电力电子安装本身进展改造，使期不产生谐波，且功率因数可控制为1，这当然只适用于作为主要谐波源的电力电子安装。 装设谐波补偿安装的传统方法就是采用LC调谐滤波器。这种方法既可补偿谐波，又可补偿无功功率，而且构造简单，不断被广泛运用。这种方法的主要缺陷是补偿特性受电网阻抗和运转形状影响，易

7、和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定频率的谐波，补偿效果也不甚理想。 无功补偿人们对有功功率的了解非常容易，而要深化认识无功功率却并不是轻而易举的。在正弦电路中，无功功率的概念是清楚的，而在含有谐波时，至今尚无获得公认的无功功率定义。但是，对无功功率这一概念的重要性，对无功补偿重要性的认识，却是一致的。无功补偿应包含对基波无功功补偿和对谐波无功功率的补偿。 无功功率对供电系统和负荷的运转都是非常重要的。电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的。因此，粗略地说，为了保送有功功率，就要求送电端和受电端的电压有一相位差，这在相当宽的范围内可以实现；而为了保送无

8、功功率，那么要求两端电压有一幅值差，这只能在很窄的范围内实现。不仅大多数网络元件耗费无功功率，大多数负载也需求耗费无功功率。网络元件和负载所需求的无功功率必需从网络中某个地方获得。显然，这些无功功率假设都要由发电机提供并经过长间隔 传送是不合理的，通常也是不能够的。合理的方法应是在需求耗费无功功率的地方产生无功功率，这就是无功补偿。 无功补偿的作用主要有以下几点： 1 提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。 2 稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长间隔 输电线中适宜的地点设置动态无功补偿安装还可以改善输电系统的稳定性，提高输电才干。 3 在电气化铁道等三相负载不平衡

9、的场所，经过适当的无功裣可以平衡三相的有功及无功负载。 三、谐波和无功功率的产生在工业和生活用电负载中，阻感负载占有很大的比例。异步电动机、变压器、荧光灯等都是典型的阻感负载。异步电动机和变压器所耗费的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占有很高的比例。电力系统中的电抗器和架空线等也耗费一些无功功率。阻感负载必需吸收无功功率才干正常任务，这是由其本身的性质所决议的。 电力电子安装等非线性安装也要耗费无功功率，特别是各种相控安装。 如相控整流器、相控交流功率调整电路和周波变流器，在任务时基波电流滞后于电网电压，要耗费大量的无功功率。另外，这些安装也会产生大量的谐波电流，谐波源都是要耗费无功功率的

10、。二极管整流电路的基波电流相位和电网电压相位大致一样，所以根本不耗费基波无功功率。但是它也产生大量的谐波电流，因此也耗费一定的无功功率。 近30年来，电力电子安装的运用日益广泛，也使得电力电子安装成为最大的谐波源。在各种电力电子安装中，整流安装所占的比例最大。目前，常用的整流电路几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，其中以三相桥式和单相桥式整流电路为最多。带阻感负载的整流电路所产生的谐波污染和功率因数滞后已为人们所熟习。直流侧采用电容滤波的二极管整流电路也是谐波污染源。这种电路输入电流的基波分量相位与电源电压相位大体一样，因此基波功率因数接近1。 但其输入电流的谐波分量却很大，给电网呵

11、斥严重污染，也使得总的功率因数很低。另外，采用相控方式的交流电力调整电路及周波变流器等电力电子安装也会在输入侧产生大量的谐波电流。 四、无功功率的影响调和波的危害1.无功功率的影响 1无功功率的添加，会导致电流增大和视在功率添加，从而使发电机、变压器及其他电气设备容量和导线容量添加。同时，电力用户的起动及控制设备、丈量仪表的尺寸和规格也要加大。 2无功功率的添加，使总电流增大，因此使设备及线路的损耗添加，这是显而易见的。 3使线路及变压器的电压降增大，假设是冲击性无功功率负载，还会使电压产生猛烈动摇，使供电质量严重降低。 2.谐波的危害 理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定

12、的电压幅值。谐波电流调和波电压的出现，对公用电网是一种污染，它运用电设备所处的环境恶化，也对周围的能耐电力电子设备广泛运用以前，人们对谐涉及其危害就进展过一些研讨，并有一定认识，但那时谐波污染还没有引起足够的注重。近三四十年来，各种电力电子安装的迅速使得公用电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的各种缺点和事故也不断发生，谐波危害的严重性才引起人们高度的关注。谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以下几个方面。 1谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。 2谐波影响各种电气设备的正常任务。 谐波对电机的影响除引

13、起附加损耗外，还会产活力械振动、噪声和过电压，使变压器部分严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏。 3谐波会引起公用电网中部分的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述1和2的危害大大添加，甚至引起严重事故。 4谐波会导致继电维护和自动安装的误动作，并会使电气丈量仪表计量不准确。 5谐波会对临近的通讯系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通讯质量；重者导致住处丧失，使通讯系统无法正常任务。 根本引见电能质量的好坏，直接影响到工业产品的质量，评价电能质量有三方面规范。首先是电压方面，它包含电压的动摇、电压的偏移、电压的闪变等；其次是频率动摇；最后是电压的波形质量，即

14、三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率，也就是谐波所占的比重。我国对电能质量的三方面都有明确的规范和规范。 随着科学技术的开展，随着工业消费程度和人民生活程度的提高，非线性用电设备在电网中大量投运，呵斥了电网的谐波分量占的比重越来越大。它不仅添加了电网的供电损耗，而且干扰电网的维护安装与自动化安装的正常运转，呵斥了这些安装的误动与拒动，直接要挟电网的平安运转。举个常见的例子来说，电子节能灯在运用量所占比重较小的电网中运转，确实比常用的白炽灯好，不仅亮度高又省电，而且运用寿命也长。但是相反，在大量投运节能灯后，就会发现节能灯的损坏率大大提高。这是由于节能灯是非线性负荷，它产生较大的谐波污染了这一片

15、电网，呵斥三相负荷根本平衡情况下，中心线电流居高不下，线电压与相电压之比比1要小得多，呵斥了该片电网供电质量下降，用电设备发热添加，电网线损添加，使得该区的配变发热严重，严重影响其运用寿命。因此我们对非线性用电设备产生的谐波必需进展治理，使谐波分量不超越国家规范。 电力系统中谐波的来源电力系统中的谐波电气设备，也就是说发电设备和用电设备。由于发电机的转子产生的磁场不能够是完善的正弦波，因此发电机发出的电压波形不能够是一点不失真的正弦波。目前我国运用的发电机有两大类：隐极机和凸极机。隐极机多用于汽轮发电机，凸极机多用于水轮发电机。 对于谐波分量而言，隐极机优于凸极机，但随着科技提高，可控硅、IG

16、BT等电子励磁安装的投入，使发电机的谐波分量有所上升。当发电机的端电压高于额定电压的10%以上时，由于电机的磁饱和，会使电压的三次谐波明显添加。同样在变压器的电源侧电压超越额定电压10%以上时，也会使二次侧电压的三次谐波明显添加。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，比国家的考核规范低的多，因此发电、变电设备不是影响电网电压波形方面质量的主要矛盾。 为此，影响电网电压波形质量的主要矛盾是非线性用电设备，也就是说非线性用电设备是主要的谐波源，非线性用电设备主要有以下四大类： 电弧加热设备：如电弧炉、电焊机等。 交流整流的直流用电设备：如电力机车、电解、电镀等。 交

17、流整流再逆变用电设备：如变频调速、变频空调等。 开关电源设备：如中频炉、彩色电视机、电脑、电子整流器等。 这些用电设备都是非线性用电设备，但它们产生的谐波各不一样，详细举例分析如下： 电弧加热设备是由于电弧在70伏以上才会起弧，才会有弧电流，并且灭弧电压略低于起弧电压，呵斥弧电流与弧电压的非线性。 此外，弧电流的波形还有一定的非对称性。正是由于弧电流是非正弦波，呵斥电弧加热设备对电网的谐波污染比较大，而且多为18次以下的低次谐波污染。其实电焊机在上世纪四、五十年代已广泛运用。由于当时电弧加热设备量少，电焊机运用的同时率就更小了，对整个电网的影响比较小，但在当时已发如今烧电焊时，部分低压电网的电

18、压和电流变化很大，有较大的谐波影响。 交流整流直流用电设备的谐波产生的缘由是由于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，在整流设备中参与了储能元件滤波电容和滤波电感，从而使阀电压提高，加激了谐波的产生量。为了控制直流用电设备的电压和电流，在整流设备中运用了可控硅，这使得该类设备的谐波污染更严重，而且谐波的次数比较低。 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，这类设备产生的谐波分量不仅有低次谐波，也有高次谐波。 虽然这类设备单台容量比上述两类设备容量要小，但它

19、的分布面广，数量多，是目前推行运用的技术手段，因此它的谐波污染应引起足够关注。 开关电源设备目前运用很广，它的任务原理是先把交流整流成直流，经过开关管控制变压器初级电流的开通和封锁，从而在变压器二次侧感应出电流，供应用电设备。此外，开关电源的频率比较高普通在40kHz左右，不仅在整流时产生谐波，而且在开关管开闭时，反射40kHz左右的波至电源。这类用电设备同样是单台容量不大，但它是运用面最广、量最大的非线性用电设备，它还有一定量的三次谐波，呵斥配变的中心线电流居高不下，而且三次谐波还会经过配变污染到10kV电网。 谐波现状浅析经过对市场的常用用电器的谐波情况的测试，我们了解到目前我国内工业企业

20、的谐波污染非常严重，尤其是早些年为了节能，引入的变频电源和直流用电器的投入，其5次、7次、11次谐波电流的含量分别占基波的20%、11%、6%，这对于小功率的用户而言，还不怎样，但对于大功率的用户来说，危害就很大了，对于中频炉用户，它用常规的无功补偿就无法进展，有的用户用常规的电容器无功补偿，无法投入电容器，有的即使投入了，也对5次谐波电流放大了1.83.8倍以上，使得电动机、变压器等用电器的铜损、铁损大大地添加，缩短了设备的运用寿命，多交了电费。 目前国内对谐波污染的治理谐波的治理主要采用无源滤波安装和有源滤波器。 无源滤波安装主要采用LC回路，并联于系统中，LC回路的设定，只能针对于某一次谐波，即针对于某一个频率为低阻抗，使得该频率流经为其设定的LC回路，到达消除滤除某一频率的谐波的目的。LC回路在滤除谐波的同时，在基波对系统进展无功补偿。这种滤波安装简单，本钱低，但不能滤除干净。其主要元件为投切开关、电容器、电抗器以及维护和控制回路。 有源电力滤波器这种滤波器是用电力电子元件产生一个大小相等，但方向相反的谐波电流，用以抵销网络中的谐波电流，这种安装的主要元件是大功率电力电子器件，本钱高，在其额定功率范围内，原那么上能全部滤除干净。 谐波治理的方法前常用的谐波治理的方法无外乎有二种，无源滤波和有源滤波。下面就谈谈这二种方法的优缺陷以及市场前景及其经济效益的分析。 无源谐波