电网谐波的处理

电网谐波的危害与治理

随着中国工业与经济的不断发展，用电量也不断增长，谐波的影响和危害也日益严重。所以我们必须对其加以处理，以便降低电力损耗，提高供电质量，从而达到节约成本、提高用电安全的目的。

谐波源

谐波产生的原因多种多样。比较常见的有两类：

第一类是由于非线性负荷而产生谐波，例如可控硅整流器、开关电源、气体放电类电光源等，这一类负荷产生的谐波频率均为工频频率的整数倍。例如三相六脉波整流器所产生的主要是5次和7次谐波，而三相12脉波整流器所产生的主要是11次和13次谐波。

第二类是由于逆变负荷而产生谐波，例如中频炉、变频器，这一类负荷不仅产生整数次谐波，还产生频率为逆变频率2倍的分数谐波。例如：使用三相六脉波整流器而工作频率为820Hz 的中频炉则不仅产生5次和7次谐波，还产生频率为1640Hz的分数谐波。

谐波在电网诞生的同时就是存在的，因为发电机和变压器都会产生少量的谐波。但是由于产生大量谐波的用电设备不断增加，并且电网中大量使用的并联电容器所造成的谐波放大，使得谐波的影响越来越严重，从而逐渐引起人们的重视。

谐波的危害

供电系统中的谐波是造成电网污染的主要原因。其污染范围包括电力系统本身和广大用户。特别是对电力设备的危害非常严重，主要表现为：过负荷、发热和过电压，干扰及破坏电子、通讯和保护控制等设备的性能或正常工作。

1对电动机和发电机

产生附加功率损耗和发热及噪声。对异步电动机，转子过热是电压畸变带来的主要问题，谐波损失也决定于电动机特性，电动机的漏抗随谐波频率呈线性增加。由谐波产生的磁场与基波磁场相互作用而产生脉动转距，这些脉动转距造成更大的可闻噪声。可闻噪声是由于时间谐波频率不同而产生，但听不到的高频谐波会对可闻噪声起促进作用。

2对无功补偿电容器

谐波使系统和电容器引起谐振或谐波电流的放大，从而导致电容器因过负荷或过电压而损坏。许多企业已经发生由于配电系统中谐波较大，因而造成无功补偿的电容器大批损坏和无法投入运行的现象。

3对供电网和导线

增加电网和导线损耗，当发生谐振和放大现象时损耗更加严重。谐波电流在导线上的发热比均方根电流造成的预期发热要高。三相四线的配电网向单相负荷供电时，在中性线上会造成不正常的大电流（3次谐波电流），使中性线过负荷。

4对变压器

负荷电流中的谐波在变压器中造成的损耗产生附加发热，降低了变压器带负荷能力。

5对熔断器

熔断器是由于发热而熔断的，因其本质上是均方根值过电流器件。一般使用的熔断器由几个带状熔片组成，它们对谐波过流集肤效应引起的发热效应很敏感。

6对断路器

电流波形的畸变明显地影响断路器的断路容量，当负荷电流畸变时，在过零点时可能造成较高的di/dt ，比电流为正弦时开断将更加困难，而且由于开断时间延长而贻误故障切除时间。

7对精密医疗和电子设备

谐波畸变的结果产生多个过零点问题，使电子线路混乱，影响精密医疗设备运行。在精密设备中许多电子系统采用波形的峰值以维持滤波电容器的全充电，谐波畸变可提高或削平波峰值，使设备运行遭到破坏。另外电压陷波也会破坏精密设备和电子设备运行。

8对继电保护和自动控制系统产生干扰和造成误动或拒动

受电压和电流峰值或零值控制的继电器会受到谐波的影响。在有谐波存在时，机电型继电器的时间延时特性会改变，地电流继电器不能区分零序电流和3次谐波电流，从而导致误跳闸。9通讯干扰

谐波通过感性耦合干扰电话线路。

10对照明：

电压畸变对白炽灯寿命有一定影响，如运行电压的均方根值由于谐波畸变而高于额定值时，灯丝温度升高而降低灯泡寿命。

11对其他用户影响

产生谐波负荷的用户，从系统中吸收基波功率而向系统送出谐波功率。这样受谐波影响的用户既从系统吸收基波功率又从谐波源吸收无用的谐波功率，其后果是谐波源用户少付电费而受害的用户反要多付电费。

总之谐波对电气设备、通讯设备及线路都会产生有害的影响，应加速治理。

针对此ABB推出了PQF有源滤波器解决方案，此方案具有前所未有的能力去滤除电网

中的谐波。PQF 是以一种可控的动态方式滤除出现在供电系统中的谐波，它不受电网运行结构改变的影响，如并联电源供电、电网供电和备用发电机之间切换供电等不同供电状况下所引起的系统阻抗变化的影响。PQF 实时监测线路电流，并把被监测到的谐波转化为数字信号处理器（DSP ）中的数字信号。同时DSP 数字信号处理器产生一系列宽频脉冲调制信号(PWM),驱使IGBT 功率模块通过线路电抗器向电网输出相位正好与电网谐波电流相反而大小相同的电流，两种谐波电流正好相互抵消，从而达到滤除谐波净化电网电流的目的。PQF 具备通讯功能，可与用户现有的控制系统通讯，其采用Modbus RTU 技术，让用户通过RS232-RS485的转换器（可选配件）轻松实现Modbus 通讯，远距离监测和控制。

ABB 具备各种工程领域的经验，具备和不同类型负载打交道的丰富经验，因此能够根据不同的工程需要设计最优化的PQF 方案，从而实现较好的滤波效果。

例如PQF 在苏州科技文化艺术中心当中的运用。由于该中心使用了大量的调光设备，气体放电类电光源，电子整流器等，所以产生了一系列的谐波，造成电缆发热等一系列问题。具体测试如图1、2是大剧院未使用PQF 的谐波电流

图1

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