低压配电系统谐波抑制及治理方法分析

低压配电系统谐波的产生及治理

摘要：谐波严重危害电力系统的安全与稳定，会造成额外的电能损耗，缩短装置的使用寿命，严重污染低压配电系统的电能品质，影响功率因数，致使供电效率下降。由于各种非线性负荷的应用推广带来的谐波给电网造成了越来越严重的污染，因此谐波治理已逐步成为电力系统当前亟待解决的难题。本文分析了低压配电系统中谐波成因，探讨了如何治理谐波及抑制办法。

关键词：低压配电系统；谐波；治理；

引言

电力系统稳定运行需遵循频率不变、波形为正弦波的规律，电力行业对电压设定值有比较清楚的准则，电力能源质量则主要指电压频率及波形质量，其指标包括：电压偏离、电压起伏和闪烁、频偏、谐波和三相不均衡。但有关常规线性负荷的电阻，采用电加热导线及磁性材料，其电流波形通常为正弦波。电网中的大容量谐波会引起电网的非线性改变，从而引发电网内的电流，电压波形发生畸变，出现大量高次谐波现象，给配电系统造成伤害。此外，电压呈正弦波形作用于非线性元件，由于元件表现为非线性，电压和电流不同步改变。因此所产生之电流不能呈正弦波形而不是正弦波，通常都把它归于谐波之列，故非线性元件在线路上之应用产生了谐波。

一．谐波的概述

当供电系统供给电能质量较为理想时，通过负载的交流波型必须选用标准的正弦波型。但是，由于电网负载的非线性较多，使得真实的交流信号往往会出现畸变，从而产生不规则的波形。测量的交变电流波型是不对称的。利用电流叠合的理论把某些正弦型的畸变电流进行 FFT分解为无限多的正弦量迭代形式。其中同工频同频的成分叫基波，可以获得一系列比电力系统基波频率更大的正弦成分，而这些更高频率成分叫谐波。谐波频率是基波的整数倍，因此，通常又把谐波叫做高次谐波【1-2】。 二．低压配电系统谐波主要危害

（一）引起电力电缆发热

在三相对称环路下，三相三相线路的三次谐波相位相同，在三相线路上，三相线路所形成的谐振电流和谐振电压是相线的三倍；因此，在中线的温度升高。由于 OA装置的数量增多，电子型日光灯的三次谐波对整个体系的覆盖面增大，因此必须注意到共振弓形的发热问题。当高频电流通过电线时，会增加集肤效果，使电路外部的电流浓度增加，从而导致相线和中线产生热【3】。

一.谐波电流

一般来说, 理想的交流电源应是纯正弦波形, 但因现实世界中的输出阻抗及非线性负载的原因, 导致电源波形失真。近年来整流性负载的大量使用, 造成大量的谐波电流, 也间接污染了市电, 产生电压的谐波成份. 另外一些市售的发电机或UPS本身输出电压就非纯正弦波, 甚至有方波的情形, 失真情形更严重, 所含谐波成份占了很大的比。

1. 谐波的危害

谐波使电能的生产、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，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。

2.谐波是怎么产生的

一是发电源质量不高产生谐波：

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一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。

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，加上设计变压器时考虑经济性，其工作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，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流%。

三是用电设备产生的谐波：

晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。我们知道，晶闸管整流装置采用移相控制，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，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。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30%；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥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；如果是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。

电网谐波的危害及治理方法

摘要:近年来,随着电子技术的发展,电子器件的大量运用,电网谐波污染也开始对电子系统和生物造成危害。本文先介绍了电网谐波产生的原因,然后点明了电网谐波存在造成的危害,最后提出了几种可以用来遏制电网谐波的方法。

关键词:电网谐波 谐波危害 抑制方法

1 绪论

电力电子技术的发展,使得各种电子装置在工业、交通和家庭中广泛应用,由此产生的大量谐波的危害也日益严重。因此,抑制电网谐波是一个非常必要和重要的工作。在理想的情况下,电网电压是正弦的电压。但是在实际情况下,电网电压的实际波形由于一些非线性负荷而偏离正弦波形,也就是说会产生谐波。非线性负荷工作的时候会持续向电源反馈谐波,从而导致电网的电压和电流波形发生改变,功率降低,电网电能的产生、电缆传输和电器利用的效率降低,最后使得电能质量降低,引起电气设备产生附加损耗,发热,产生噪声和振动,使绝缘器件老化,使用寿命缩短。大量的谐波通过中性线路的时候会使线路发热,温度升高甚至有可能发生火灾。所以,作为衡量电能质量指标的谐波,为了保证电网系统的电子设备正常的工作,就必须采取必要的措施,抑制谐波,防止电网谐波产生破坏。

2 电网谐波产生的原因 那么到底什么是谐波呢,用一句话来讲,谐波是指对非正弦交流量傅里叶级数分解后得到的频率高出基波频率N次倍的各种电量,也称为高次谐波。即(谐波频率=基波频率*N,N>1)谐波是一种干扰的波,影响电网的正常工作。

通常,理想的电网系统,电压与电流都是正弦波。在由线性元件(电容、电感和电阻)组成的简单电路里,电流和电压的关系成正比,电流是正弦波。然而,实际的供电系统,由于存在非线性负荷,流过负荷的电流与所加的电压不成正比的时候,就会形成非正弦的电流。对于任意周期的波形都可以分解成为一个基频的正弦波加上许多的谐波正弦波。这里讲的谐波频率指的是基频的整数倍,假如基频是50Hz,那么二次谐波为100Hz,四次谐波就是200Hz。所以,对一个电流波形来说,他可能有2次谐波,3次谐波乃至更多次数的谐波。电网谐波会使得供电的电压波形偏离理想状态的正弦波形。

谐波分析

一、谐波的相关概述

谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般来说是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解,其余大于基波频率的电流产生的电量，其实谐波是一个正弦波分量。

谐波产生的根本原因是非线性负载造成电网中的谐波污染、三相电压的不对称性.由于非线性负荷的存在,使得电力系统中的供电电压即便是正弦波形,其电流波形也将偏离正弦波形而发生畸变。当非正弦波形的电流在供电系统中传输时,将迫使沿途电压下降,其电压波形也将受其影响而产生不同程度的畸变,这种电能质量的下降会给电力系统和用电设备带来严重的危害。

电力系统中的谐波源主要有以下几类：（1）电源自身产生的谐波.因为发电机制造的问题，使得电枢表面的磁感应强度分布偏离正弦波，所产生的电流偏离正弦电流。(2）非线性负载，如各种变流器、整流设备、PWM变频器、交直流换流设备等电力电子设备。(3）非线性设备的谐波源,如交流电弧炉、日光灯、铁磁谐振设备和变压器等。

二、谐波的危害

谐波对电力系统的危害主要表现在:（1)谐波使公用电网中的元件产生附加的谐波损耗,降低发电、输电及用电设备的效率.（2)谐波影响各种电气设备的正常工作。(3)谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，引发严重事故.（4）谐波会导致继电保护和自动装置误动作,并使电气测量仪表计量不准确。（5）谐波对临近的通信系统产生干扰，轻则产生噪声,降低通信质量；重则导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。

三、谐波的分析

由于谐波导致的各种各样的事故和故障的几率一直在升高,谐波已成为电力系统的一大公害.我国对于谐波相关工作的研究大致起源于20世纪80年代。我国国家技术监督局于93年颁布了国家标准《电能质量-—公用电网谐波》(GB/T 14549—1993）。该标准对公用电网中各个等级的电压的限用值、电流的允许值等都做了相应的规定，并以附录的形式给出了测量谐波的方法和数据处理及测量仪器都作了相应的规定。这个规定给我国相关人员进行谐波检测分析、谐波污染的抑制提供了理论依据和大致思路。