電力系統(tǒng)諧波的危害及其抑制措施

1、電力系統(tǒng)諧波的危害及其抑制措施電力系統(tǒng)諧波的危害及其抑制措施TheHarmofHarmonicsMeasuresofSuppressioninElectricSystem摘要摘要:本文敘述了電力系統(tǒng)中諧波的產(chǎn)生原因，并詳細(xì)闡述了諧波的危害及允許標(biāo)準(zhǔn)，最后介紹了電力系統(tǒng)諧波的研究現(xiàn)狀以及常見(jiàn)的抑制措施。關(guān)鍵字關(guān)鍵字:電力系統(tǒng)諧波產(chǎn)生及危害諧波抑制Abstract：Thearticledescribesthecausesofharmonic

2、sinelectricsystemexplainstheharmendurablestardindetailfinallyintroducesthedevelopmentofelectricsystemharmonicsmeasurestosuppressharmonicsKeywds:ElectricsystemHarmofharmonicsHarmonicssuppression1.1.引言引言隨著人們生活水平的提高以及現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)

3、展，在人們對(duì)電能需求量日益增加的同時(shí)，對(duì)供電質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。但是，大量的電力電子設(shè)備在給人們生活提供便利的同時(shí)，也導(dǎo)致非線(xiàn)性負(fù)載越來(lái)越多，大量的諧波電流注人電網(wǎng)，造成電壓正弦波形畸變，使電能質(zhì)量下降，給發(fā)供電設(shè)備及用戶(hù)用電設(shè)備帶來(lái)嚴(yán)重危害。2.2.電力系統(tǒng)中諧波的產(chǎn)生原因電力系統(tǒng)中諧波的產(chǎn)生原因目前，世界各國(guó)電力工業(yè)中，幾乎都是采用正弦供電方式。在理想的電力系統(tǒng)中，電源以單一恒定頻率（50Hz或60Hz）的正弦變化規(guī)律向電網(wǎng)供電，

4、系統(tǒng)中各點(diǎn)的電流、電壓都是以單一恒定的供電頻率隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的量。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)實(shí)際的電力系統(tǒng)基本上能滿(mǎn)足理想電力系統(tǒng)的條件。但隨著技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)中的非線(xiàn)性負(fù)載的比重不斷增加，理想電力系統(tǒng)的近似程度變差，直接表現(xiàn)是電力系統(tǒng)中的電流和電壓波形產(chǎn)生畸變。從頻域的觀(guān)點(diǎn)，在這些電流和電壓的波形中，不僅包含與供電電源同頻率的正弦量（稱(chēng)為基波分量），而且出現(xiàn)一系列頻率為基波頻率整倍數(shù)的正弦波分量（稱(chēng)為高次諧波分量），這一系列正弦分量統(tǒng)稱(chēng)

5、為電力諧波。在IEEE標(biāo)準(zhǔn)5191981中諧波定義為：“諧波為一周期波或量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍”。在國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)（IEC5552）與國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議(CIGRE)的文獻(xiàn)中定義：“諧波分量為周期量的傅立葉級(jí)數(shù)中大于1的h次分量”。通過(guò)對(duì)周期性電壓或電流的傅立葉分解，所得到的頻率為基波整數(shù)倍分量的含有量，稱(chēng)為諧波。在早期的電網(wǎng)中，電力傳輸線(xiàn)路中諧波含量并不高，可以忽略不計(jì)，但是隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)代電網(wǎng)中諧波的含量比例越來(lái)越高

6、。電網(wǎng)諧波主要來(lái)自于3個(gè)方面：一是發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波；二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波；三是用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波。其中用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波最多。發(fā)電機(jī)由于三相繞組在制作上很難做到絕對(duì)對(duì)稱(chēng)，鐵心也很難做到絕對(duì)均勻一致和其他一些原因，發(fā)電源多少也會(huì)產(chǎn)生一些諧波，但一般來(lái)說(shuō)很少。這種諧波電動(dòng)勢(shì)的頻率和幅值只取決于發(fā)電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)和工作情況，基本與外接負(fù)載無(wú)關(guān)，可以看作諧波電壓源。輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線(xiàn)的非線(xiàn)

7、性，加上設(shè)計(jì)變壓器時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性，其工作磁密選擇在磁化曲線(xiàn)的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵心的的影響，保護(hù)裝置失靈和動(dòng)作不穩(wěn)定。零序三次諧波電流過(guò)大，可能引起接地保護(hù)誤動(dòng)作。（6）引起電力測(cè)量的誤差。測(cè)量?jī)x表是在純正弦波情況下進(jìn)行校驗(yàn)的，如果供電的波形發(fā)生畸變，儀表則容易產(chǎn)生誤差。比如，感應(yīng)式電能表對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)以外的頻率的響應(yīng)不靈敏，頻率越高，誤差越大，而且為負(fù)誤差，當(dāng)頻率約為100

8、0時(shí)，電度表將會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。（7）干擾通訊系統(tǒng)。供電系統(tǒng)中的靜止變流器在換相期間電流波形發(fā)生急劇變化，該換相電流會(huì)在正常供電電壓中注入一個(gè)脈沖電壓，該脈沖電壓所包含的諧波頻率較高，甚至達(dá)到1，因而會(huì)引起電磁干擾，對(duì)通信線(xiàn)路、通信設(shè)備會(huì)產(chǎn)生很大的影響。比如電力載波通信、遠(yuǎn)動(dòng)裝置信號(hào)以及與架空線(xiàn)平行的通訊線(xiàn)路，諧波的影響都很大。（8）延緩電弧熄滅。在超高壓長(zhǎng)距離輸電線(xiàn)路上，較大的諧波電流會(huì)使?jié)摴╇娀∠缪泳?，?dǎo)致單相重合閘失敗，擴(kuò)大事故。在消

9、弧線(xiàn)圈接地系統(tǒng)中較大的諧波分量同樣會(huì)延遲或阻礙消弧線(xiàn)圈的滅弧作用。諧波分量還會(huì)使電流過(guò)零時(shí)的值過(guò)大，導(dǎo)致斷路器斷弧困難，影響斷流能力。（9）對(duì)錄像和音響設(shè)備干擾照明藝術(shù)是舞臺(tái)表演藝術(shù)中的重要組成部分，其中調(diào)光設(shè)備必不可少，隨著晶閘管相控調(diào)光容量增大，諧波干擾也日益嚴(yán)重，其干擾主要有以下三種：a.傳導(dǎo)干擾。諧波電流使供電電源的正弦波形畸變，供電質(zhì)量下降，因而連在同一電源的其他用電設(shè)備會(huì)受到干擾。b.輻射干擾。通過(guò)空間傳播的電磁干擾，影響其

10、他用電設(shè)備。c.噪聲干擾。脈沖電流通過(guò)燈泡的燈絲，由于電動(dòng)力的作用，會(huì)使燈絲產(chǎn)生叫聲，從而使舞臺(tái)演播廳的噪聲增大。（10）對(duì)其它設(shè)備的影響。諧波還會(huì)對(duì)下列設(shè)備產(chǎn)生影響：①導(dǎo)致功率開(kāi)關(guān)器件控制裝置誤動(dòng)作；②導(dǎo)致功率開(kāi)關(guān)器件故障而損壞；③使日光燈的鎮(zhèn)流器及補(bǔ)償用電容器過(guò)熱和損壞；④對(duì)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生干擾；⑤影響互感器的測(cè)量精度；⑥使熔斷器在沒(méi)有超過(guò)整定值時(shí)就熔斷；⑦影響功率處理器的正常運(yùn)行；⑧影響電視機(jī)的畫(huà)面質(zhì)量；⑨影響電子顯微鏡的清晰度；⑩影響

11、其它換流設(shè)備或其它任何由電壓過(guò)零所控制的設(shè)備的同步。4.4.諧波干擾的允許水平和標(biāo)準(zhǔn)諧波干擾的允許水平和標(biāo)準(zhǔn)電力電子裝置在運(yùn)行過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生各次諧波。根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)水平，要求他們不產(chǎn)生任何諧波是不現(xiàn)實(shí)的。但是，如果諧波限制在一定范圍內(nèi)，使諧波干擾的影響很小，在工程上是可以接受的。為此，我國(guó)制定了諧波容許水平，并作為標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。在介紹標(biāo)準(zhǔn)之前首先介紹衡量諧波的兩個(gè)參數(shù)。(l)總正弦波形畸變率THD(TotalHarmonicDisttio