电力系统谐波

浅谈电力系统谐波

摘要：本文介绍了谐波的产生、来源以及并联谐振和串联谐振，谐波对电网以及其他用电设备的不良影响。并简要地介绍了负序的概念和它的产生原因。对其影响做了定性的论述，最后对当今谐波的滤除方法做了介绍，主要包括无源滤波器以及有源滤波器对谐波进行滤除。

关键词：谐波；滤波器；电力系统

中图分类号：tm714 文献标识码：a 文章编号：1674-7712 （2013）02-0217-01

一、电力系统谐波简介

谐波是电力系统中一种较频繁出现的有害现象，由于它的产生会对电力系统产生很大的负面影响，已经引起人们对他的担忧和关注。当在电力系统中接入非线性负载时，即使电源都以国家标准频率供电，当工频电压或电流作用于非线性负载时，除了产生工频频率的正弦电压或电流，还会产生不同于工频的其它频率的正弦电压或电流，若对这些电压或电流用富氏级数展开，就会得到电力谐波。谐波是一个电气量的正弦分量，它具有周期性，它的频率不同于是基波频率，是它的的整数倍。当给非线性设备供电时，这些设备在传递、变换、吸收系统发电机所供给基波能量的同时，也会把部分基波能量以谐波形式储存，继而向系统回送大量的高次谐波，以至于影响电能质量，给用户用电带来不便。目前我们将产生高次谐波的谐波源主要分为三类：

1.铁磁饱和型：铁芯设备，如变压器、电抗器等，其表现出非线性铁磁饱和特性，产生以高次为主的谐波。

2.电力设备开关型：包括各种整流器件、电子开关和可控晶闸管等，这些设备产生的谐波以1，3，5次谐波为主。

3.电弧型：电力高压断路器在断开闭合时瞬间，炼钢电弧炉在工作期间及交流电弧焊机在焊接期间，电弧剧烈燃烧所形成的电弧电压与电流的会具有高度非线性，产生以一定次数的谐波。

二、电力系统谐波产生原因

电力系统中的谐波从大类上可主要划分为电压谐振和电流谐振两种形式。

三、电网谐波的来源

1.发电源质量不高产生谐；

2.输配电系统产生谐波；

3.用电设备产生谐波。

四、负序简介

负序是由于三相负荷的不平衡引起。正是三相负荷的不平衡，才导致中性点偏移，系统中出现负序电压、负序电流。

负序电流产生的原因：正常运行的电力系统是三相对称的，表现为三相电源的电势对称、各项阻抗的对称。当系统或发电机的对称或发电机的对称运行状态遭到破坏时，就会出现电压或电流的不对称。这时对称分量法可以将其分解为正序电流、负序电流、零序电流，因发电机常接成星形，且中性点不接地或经阻抗接地，零序电

流可忽略不计。单相非线性负载不仅使波形畸变，而且能造成三相系统不平衡。对电网不平横的研究主要是对电网负序的研究。

根据电力系统的特点，负序电流的产生原因可分为几个方面：（1）短时不对称运行；（2）电力系统不对称故障（包括不对称短路及一相断线）；（3）发电机不对称故障（包括单相、两相短路，分支短路，匝间短路）；（4）出口断路器和主变压器高压侧断路器在正常及故障情况下，未能进行三相全合上或断开的动作过程；（5）出口断路器事故跳闸，灭弧开关因故未能及时灭弧。（6）长时不对称运行，长时间负荷不对称：如广泛使用德尔电力机车，冶金单相电弧炉等大容量单相负荷，由此形成较大的负序电流。

五、谐波和负序的影响

（一）降低电力设备的经济效益和利用率。由于电力系统中谐波电流的频率高于基波的频率，当高频电流流过导体时，会发热，导体对谐波电流的能损耗，使导体的产生过多的热量，如果散热系统不完善，很容易损坏导体。

（二）对变压器产生危害。谐波电流在流经变压器时，会在很大程度上增加其功耗，主要表现在铜损和铁损上，导致噪声，降低变压器工作效率，使变电所的噪声污染超出指数标准，在一定程度影响工作人员的身心健康。

（三）增加输电线路的功耗。谐波电流在流经线路时，由于发热，会使输电线路的功耗增加。当注入电力系统的谐波频率处于在网络谐振点附近的谐振区内时，对输电线路会产生绝缘击穿现象。由电

力系统知识知，电缆导体截面积的大小与其趋肤效应称正相关，横截面积越大，效应越明显。再加上随着谐波频率次数的上升，会导致导体的阻抗增大，继而使得电缆的允许通过电流减小。

（四）对电容器的影响。将含有电力谐波的电压加在电容器两端，由电容器的工作特性知，其对谐波的阻抗能力很弱，谐波作用在电容器上，会增大电容器的电流，使其可能超过额定值，由于发热，使的电容器的温度急剧升高，这会缩短电容器的寿命，严重时会引起电容器因负荷过大而爆炸。

（五）降低继电保护和自动装置的工作可靠性。电力谐波对于电磁式继电器的影响同样十分巨大，谐波会引起继电保护及自动装置误动或拒动，一旦发生这类事件，就会使其动作失去控制性，大大降低了装置的可靠性，严重影响着电力系统的正常运作，给人民日常生活带来巨大的损失。

（六）影响电能质量。谐波会使电网的电压与电流波形产生畸变，从而影响电能的质量，给人们生活带来很大不便。

六、谐波的滤除

（一）无源滤波器。无源滤波器由l、c、r元件构成谐振回路，常安装在电力电子设备的交流侧，当lc回路的谐振频率和高次谐波电流频率相同时，即可避免该次谐波流入电网。由于该方法具有投资成本低、工作效率高、易于维护等优点，无源滤波是目前广泛采用的抑制谐波及无功补偿的手段。但与此同时，无源滤波器也并非是完美无缺的，比如说，它易受系统参数的影响；可能会放大某

些次数的谐波；投资成本高、体积庞大等。因而随着电力电子技术的不断发展，人们将目光逐步转向有源滤波器。

（二）有源滤波器。在电力系统中，我们为了抵消电源的总谐波电流，常向电网注入一种特殊的电流，这种电流具有与原有谐波电流幅值相等、相位相反的特点，这就是有源滤波器的工作原理。与前者相比，有源滤波器可控性更高，响应更快速，避免闪变、补偿无用功率；在价位上较便宜；滤波特性不受系统阻抗的影响，可避免与系统阻抗发生谐振的可能；具有自我适应的功能，可实时跟踪变化着的谐波并自我补偿。

参考文献：

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