电网系统中谐波的产生及其治理

电网系统中谐波的产生及其治理

发表时间：2017-10-19T14:10:17.037Z 来源：《防护工程》2017年第16期作者：商伟光

[导读] 电网中的谐波对与之并联的其他用电设备造成不良影响。

吉林卓创新材料有限公司吉林磐石 132311

摘要：随着电力电子技术的广泛应用与发展，用户向公用电网注入谐波电流的电气设备或在公用电网中产生谐波电压的电气设备，统称谐波源。常见谐波源主要有电弧炉；换流设备；变压器；开关电源设备；低压小容量家用电器以及电力拖动设备等各种非线性用电设备，接入电网后均向电网大量注入谐波电流，这些都是谐波源。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，从而引起电网的谐波“污染”。

关键词：谐波的产生谐波的危害抑制谐波的方法

电网中的谐波对与之并联的其他用电设备造成不良影响。例如引起电动机转矩降低，增加震动噪声，增加消耗；使继电保护装置产生误动作；使电网功率因数补偿电容过流发热；造成计算机及精密电子仪器运行不正常，诸如此类的不良影响被人们称为电力公害，如不认真对待并采取相应措施，将影响电力电子技术的进一步的发展。

1谐波的产生

1.1电弧加热设备

如电弧炉、电焊机等。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，造成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，电弧炉的冶炼过程分为两个阶段，及熔化期和精炼期。在溶化期，炉内大部分填料未能全部熔化，电弧阻抗不稳定。有时因电极插入熔化金属中而在电极间形成金属性短路，电极端部反复短路，电流发生不规则的变化由此产生谐波电流。虽然谐波的成分非常复杂，但是由于三相负载不对称所以3次谐波为主且含量很大，但由于其工作的间断性产生的谐波多为间谐波，特点是持续时间短，频谱杂乱。造成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。在精炼期内，电弧炉的电流稳定，且不超过额定值，谐波含量不大，以3次谐波及5次谐波为主。其实电焊机的广泛应用，电焊机应用的同时率就更小了，对整个电网的影响比较小，但局部低压电网的电压和电流变化很大，有较大的谐波

1.2交流整流的直流用电设备

如电解、电力机车、充电装置、电镀等。交流整流直流用电设备的谐波产生的原因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，在整流设备中加入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，在整流设备中应用了可控硅，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。一般情况下，小型整流设备采用6脉冲装置，大型整流采用12脉冲装置。一般情况下，相数愈多最低次谐波频率愈高，其幅值愈小及相数愈多交流分量愈小。

1.3交流整流再逆变用电设备

如变频调速、变频空调等。变频器的主电路一般为交一直一交组成，外部输入380V/50Hz的工频电源经三相桥路不可控整流成直流电压，经电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流电压。在整流回路中，输入电流的波形为不规则的矩形波，这种脉动电流和电网的沿路阻抗共同形成脉动电压降叠加在电网的电压上，使电压发生畸变，经傅里叶分析可知，这种非同期正弦波电流是由于频率相同的基波和频率大于基波频率的谐波组成。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，但它的分布面广，数量多，是推广使用的技术手段，因此它的谐波污染较普遍。

2谐波的危害

2.1谐波在无功补偿中的危害

因为电容器可能使电网中的谐波电流放大，过大的谐波电流可能使电容器寿命缩短、鼓肚、爆裂甚至烧损。有时甚至在电网中产生谐振，使电器设备受到严重损坏，破坏电网的正常运行。谐波放大时，大量的谐波电流在电网与补偿电容之间往复交换，使包括变压器及电容器等电网上的设备出现过载并产生机械振动，释放大量的热量，加快损耗设备的同时也使电网正常运行的可靠性大大降低。所以谐波放大是动态无功功率补偿设计中要考虑的首要问题。

(1)谐波使公用电网的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的使用率，大量的三次谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。

(2)谐波影响各种电气元件的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪音和过电流，使电容器、电缆等设备过热，绝缘老化、寿命缩短以至损坏。

(3)谐波会引起公用电网局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述的危害大大的增加，甚至引起严重事故。

(4)谐波会对临近的通讯系统产生干扰，导致通讯质量降低，甚至信息的丢失，使通讯系统无法正常工作。

3抑制谐波的方法

3.1安装适当的电抗器

变频器的输入侧功率因数取决于装置内部的AC-DC变换电路系统，可利用并联功率因数教正DC电抗器，电源侧串联AC电抗器的方法，使进线电流的THDV大约降低30%-50%，是不加电抗器谐波电流的一半左右。

3.2装设有源电力滤波器

除传统的LC调试滤波器目前还在应用外，目前谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器。它串联或是并联于主电路中，实时从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等，方向想反的补偿电流，从而使电网电流只含基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，其特性不受系统的影响，无谐波放大的危险，因而倍受关注，在日本等国已获得广泛应

用。

3.3采用多相脉冲整流

在条件允许或是要求谐波限制在比较小的情况下，可采用多相整流的方法。12相脉冲整流THDV大约为10%-15%，18相脉冲整流的THDV约为3%-8%，满足国际标准的要求。缺点是需要专用变压器，不利于设备的改造，价格较高。结束语

本文分析了在电网系统中谐波的产生和构成成分，论述了谐波对电网系统的危害。进而介绍谐波的抑制方法。随着电力工业的迅速发展，为节约能源，改善供电品质，提高无功补偿水平。总之，谐波问题的解决方法可分为预防性的和补救性两种，滤波的最后结果是要使系统的谐波含量满足国家标准的要求或用户对谐波的要求。除了上述介绍的几种方法，抑制谐波的技术措施还有很多，但大都依据以下几个原则：抑制谐波电流的产生与注入；改善装置的功率因数与无功功率补偿；多种补偿功能一体化。参考文献:

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