电力谐波产生和治理

谐波的治理

谐波的相关标准谐波的危害谐波概念谐波的产生1、谐波认识2、谐波分类3、谐波参数1、谐波认识•谐波源使得实际的电压波形偏离正弦波，引起电压正弦波形畸变称为电压谐波•谐波源使得实际的电流波形偏离正弦波，引起电流正弦波形畸变称为电流谐波•谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率、幅度与相角。周期性交流分量的谐波含量的方均根与基波分量中的方均根之比（用百分数表示）称为总谐波畸变率THD2、谐波分类•谐波次数定义为谐波频率等于基波频率的倍数；如，对于50Hz的基波，第5次谐波的频率是5x50=250Hz根据谐波频率的不同，可以分为：1）奇次谐波额定频率为基波频率奇数倍的谐波，被称为“奇次谐波”，如3、5、7次谐波2）偶次谐波如2、4、6、8次谐波。一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n±1次谐波，例如5、7、11、13、17、19等。2、谐波分类3）分数次谐波频率为基波非整数倍的分量称为间谐波（如55HZ,110HZ等），有时候也将低于基波的间谐波称为次谐波(如5HZ,20HZ等),次谐波可看成直流与工频之间的间谐波3、谐波参数•Rms（均方根）值；代表谐波的有效值H1=基波分量H2，…，Hn＝谐波分量•THD（总谐波畸变）：谐波的rms值与基波的rms值的比率THDHHHnH%...=x+++1002312223、谐波参数•单个谐波百分比；例：第n次谐波百分比HnHHDn%=1x100•表示电压数据时，加上电压符号U，如：THDu同理，THDi表示电流总畸变率。•为更直观体现当前谐波情况，一般将波形转换为频谱显示，频谱图中，以频率为横轴，谐波百分比为纵轴进行显示。谐波波形波形解析变换谐波波形波形频谱显示谐波波形频谱原理二、谐波的产生1、由非线性负载所致（主要来源）

电力电子设备是非线性负载的主要类型，也是产生电力谐波的主要来源，如变频器，电焊机，LED灯，整流设备等

其它非线性负载：磁路饱和的变压器；变压器空载合闸激磁涌流产生谐波；电容器组开断时瞬态过电压干扰；电焊机负荷等

电力电子设备产生谐波的主要来源是其整流环节（AC/DC)★理论上讲，欧姆定律不再适用于非线性负载2、电源本身谐波由于发电机制造工艺的问题，致使电枢表面的磁感应强度分布稍稍偏离正弦波，因此，产生的感应电动势也会稍稍偏离正弦电动势，即所产生的电流稍偏离正弦电流。随着电网规模不断扩大，各类电力设备的应用，电网本身带有一定含量的谐波（背景谐波）。•负载类型•线性负载如果一个负载引导的电流与电源电压有相同的波形，则它被称为是“线性的”。这样的电流没有谐波分量。•非线性负载如果一个负载引导的电流与电源电压没有相同的波形，则它被称为是“非线性的”。这样的电流有高谐波分量。谐波频谱取决于负载的类型

UIUI典型负载•高频开关电源3相不可控整流负载，产生5，7，11，13的高谐波电流。图示为单晶炉电源示意图和电流波形图。单晶炉电源整流示意图（无电抗器）Ce1e2e3iIIsH11H13H17H19H21H23050%100%H1H5H7典型负载•变频器3相不可控整流负载，产生5，7的谐波电流，一般带有进线端电抗器。变频器示意图L1ZCL2L3e1e2e3iIIs020406080H1H5H7H11H13H17H19100典型负载•电焊机

单相负载，有高谐波含量的电流，持续在20到50周期之间，电流不稳定，以5、7次等谐波为主。

H11H13H15020406080100H1H3H5H7H9三、谐波的危害

常见的嵌入电力电子技术的用电设备工业设备家电设备照明设备数码设备1、带变频器的电动机，2、数控车床及各种交流伺服电机，3、各种电梯设备，4、各种特殊用途加热设备和冶金电源1、变频空调，2、变频冰箱，3、电视机（开关电源）4、电磁炉1、LED灯，2、节能灯，3、带电子整流器的日光灯1、计算机（开关电源），2、网络设备，3、各种数码设备充电器对电网带来谐波污染对电网带来的不利影响降低系统的功率因数谐波的危害•短期效应影响谐波电压可以影响电子系统中使用的控制器（晶体闸流管，plc（可编程逻辑控制器）等）导致电磁类仪表错误控制接收器类（例如继电器）可以被电压谐波畸变干扰，造成保护装置误动作，开关误跳闸。振动及噪声通信及控制电路上的干扰伺服电机产生脉动，交流电机产生振动，噪音增大

谐波的危害•长期效应（由谐波电流引起发热）影响电力变压器损耗增大，产生过热，提前损坏电缆及设备过热，绝缘老化电力电容器介质损耗增大，过热中线电流增大，过热加大企业电力运行成本

四、谐波的相关标准•1993年国家技术监督局制定颁布了GB/T14549---1993《电能质量公用电网谐波》标准，作为对电力系统产品电能质量的要求，规定了公用电网谐波电压（相电压）限值，作为限制用电户谐波污染的排放。对于用电户，一则要求购置的用电设备先进合理设计，产生的谐波电流符合GB17625.1—1998《低压电气及电子设备发出的谐波电流限制值标准》。二则对于不能满足要求的用电户，要求安装电力谐波滤波器。•1995年国家通过了《电力法》，并于1996年4月1日起实施。《电力法》规定：“用户用电不得危害供电、用电安全和扰乱供电、用电秩序”（第三十二条），在电能质量治理上必须遵循《电力法》规定，“谁污染、谁治理”的原则。对于新投产的项目，必须根据用户用电负荷性质给电能污染造成的程度，加装消除电能污染的设备。

四、谐波的相关标准•1998年，电力工业部颁发了《电网电能质量技术监督管理规定》（电综（1998）211号文），该文规定了国家电力公司是负责全国电网电能质量技术监督管理部门，以各级电力调动部门为中心，逐步加强对电能质量指标的全面运行监测。•2001年，国家电力公司下发了《关于进一步提高用户电压质量管理的指导意见》，规定供电部门应对配电区的电压质量进行24小时轮测，发现电能污染超过“标准”的用户应采取措施，加装抑制谐波及功率因数补偿设备，必要时依据《电力法》规定：“用户用电不得危害供电、用电安全和扰乱供电、用电秩序”（第三十二条），运用法律手段治理电能污染。

四、谐波的相关标准•谐波电流允许值；注入公用连接点的谐波电流允许值

五、谐波的治理1）谐波治理主要途径•内部治理直接从电力电子装置内部进行改造，主要针对整流环节进行功率因数校正，目前主要方法是功率因数校正电路或高频整流技术•外部治理从装置的外部治理，主要途径是通过滤波，抑制和减少谐波含量，目前主要方法LC无源滤波和电力有源滤波•单相功率因数校正技术5.1外部治理•LC无源滤波利用电容器、电抗器和电阻器的适当组合而构成的滤波装置。原理是利用阻容元器件的LC谐振特性，对系统中的某一特定频率形成一个低阻通道，这个低阻通道与系统阻抗形成并联分流关系，让谐波成份从滤波系统中流过。达到对系统滤波的作用。因此其具有结构简单、使用可靠、维护方便等优点,缺点为：只能抑制固定次数谐波、其滤波效果受系统阻抗及频率变化影响、体积庞大、易与系统发生谐振、容量固定、过载易烧毁。。5.1外部治理•有源滤波器（APF）利用现代电力电子器件主动产生一个与负载谐波电流具有幅值相同而相位相反的补偿电流，与负载谐波电流相抵消以达到消除谐波的目的。优点是：其采用积极的谐波消除方式，滤波器效果较无源滤波器好，扩展容量比较简单。缺点是：价格较高。•APF原理•APF工作过程反向后的谐波