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，并詳細闡述了諧波的危害及允許標準，最后介紹了電力系統(tǒng)諧波的研究現(xiàn)狀以及常見的抑制措施。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，在人們對電能需求量日益增加的同時，對供電質(zhì)量的要求也越來越高。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，也導(dǎo)致非線性負載越來越多，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)備及用戶用電設(shè)備帶來嚴重危害。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)中各點的電流、電壓都是以單一恒定的供電頻率隨時間按正弦規(guī)律變化的量。一般來說，一個實際的電力系統(tǒng)基本上能滿足理想電力系統(tǒng)的條件。但隨著技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)中的非線性負載的比重不斷增加，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。從頻域的觀點，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（稱為高次諧波分量），這一系列正弦分量統(tǒng)稱

5、為電力諧波。在IEEE標準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”。在國際電工標準（IEC5552）與國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)的文獻中定義：“諧波分量為周期量的傅立葉級數(shù)中大于1的h次分量”。通過對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，稱為諧波。在早期的電網(wǎng)中，電力傳輸線路中諧波含量并不高，可以忽略不計，但是隨著科技的進步，現(xiàn)代電網(wǎng)中諧波的含量比例越來越高

6、。電網(wǎng)諧波主要來自于3個方面：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)電機由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因，發(fā)電源多少也會產(chǎn)生一些諧波，但一般來說很少。這種諧波電動勢的頻率和幅值只取決于發(fā)電機本身的結(jié)構(gòu)和工作情況，基本與外接負載無關(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，磁化曲線的非線

7、性，加上設(shè)計變壓器時考慮經(jīng)濟性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，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，保護裝置失靈和動作不穩(wěn)定。零序三次諧波電流過大，可能引起接地保護誤動作。（6）引起電力測量的誤差。測量儀表是在純正弦波情況下進行校驗的，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)式電能表對設(shè)計參數(shù)以外的頻率的響應(yīng)不靈敏，頻率越高，誤差越大，而且為負誤差，當頻率約為100

8、0時，電度表將會停止轉(zhuǎn)動。（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，該換相電流會在正常供電電壓中注入一個脈沖電壓，該脈沖電壓所包含的諧波頻率較高，甚至達到1，因而會引起電磁干擾，對通信線路、通信設(shè)備會產(chǎn)生很大的影響。比如電力載波通信、遠動裝置信號以及與架空線平行的通訊線路，諧波的影響都很大。（8）延緩電弧熄滅。在超高壓長距離輸電線路上，較大的諧波電流會使?jié)摴╇娀∠缪泳?，?dǎo)致單相重合閘失敗，擴大事故。在消

9、弧線圈接地系統(tǒng)中較大的諧波分量同樣會延遲或阻礙消弧線圈的滅弧作用。諧波分量還會使電流過零時的值過大，導(dǎo)致斷路器斷弧困難，影響斷流能力。（9）對錄像和音響設(shè)備干擾照明藝術(shù)是舞臺表演藝術(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)備會受到干擾。b.輻射干擾。通過空間傳播的電磁干擾，影響其

10、他用電設(shè)備。c.噪聲干擾。脈沖電流通過燈泡的燈絲，由于電動力的作用，會使燈絲產(chǎn)生叫聲，從而使舞臺演播廳的噪聲增大。（10）對其它設(shè)備的影響。諧波還會對下列設(shè)備產(chǎn)生影響：①導(dǎo)致功率開關(guān)器件控制裝置誤動作；②導(dǎo)致功率開關(guān)器件故障而損壞；③使日光燈的鎮(zhèn)流器及補償用電容器過熱和損壞；④對計算機產(chǎn)生干擾；⑤影響互感器的測量精度；⑥使熔斷器在沒有超過整定值時就熔斷；⑦影響功率處理器的正常運行；⑧影響電視機的畫面質(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零所控制的設(shè)備的同步。4.4.諧波干擾的允許水平和標準諧波干擾的允許水平和標準電力電子裝置在運行過程中必然會產(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，我國制定了諧波容許水平，并作為標準實施。在介紹標準之前首先介紹衡量諧波的兩個參數(shù)。(l)總正弦波形畸變率THD(TotalHarmonicDisttio