谐波治理和节能降耗
节能与谐波的综合治理
节能与谐波的综合治理一、概述能源是国民经济发展的物质基础，从长期供需看，减少能源消耗是我国面临的新挑战。
因此，促进能源的合理和有效利用，对我国经济发展和环境保护具有深远的战略意义。
根据我国国民经济和社会发展计划，我国国民生产总值将以8%左右的速度稳定增长，而能源作为国民经济发展的基础，其需求量也将随之增长。
为保证我国经济发展目标的顺利实现，必须高度重视节能工作，促进能源的合理和有效利用，在“十一五”发展规划的节能要求中，要做到每单位GDP的增长，能量损耗要降低10％。
那么依靠技术进步来降低能源消耗就是措施节能的一个根本途径。
多年节能工作的证明，使用技术成熟、效益好、见效快的节能技术去改造或完善效益低、落后的运行设备，适合我国的国情，并给企、事业单位带来节约后的经济效益。
专注谐波治理：SAPFQQ：554916637 zhangyinzong@节电的方法及谐波治理主要内容有：1、在常规的供电、用电领域或现有的供电、用电系统中，一般提高功率因数，减少损耗，提高设备利用率，是节电（节约电费）的重要方法之一。
2、降低用电环境的谐波，减少用电设备的发热，延长用电设备的寿命。
是节能、省钱的另一个重要方法。
二、功率因数为什么会变低？什么是无功功率？我们知道，通常我们所用的交流电压是50Hz的正弦波，在电压的两端接上负载就会产生电流，如我们在220伏（或380V）的电源上接一个电灯，电灯中流过电流，灯就亮了。
当负载是电阻时，电压波形的相位与电流波形的相位完全相同，即电压波形与电流波形重叠在一起（见图1）。
这时电网送出的功率也与消耗的功率相等。
图1电压波形与电流波形重叠在一起图2电流波形就会比电压波形迟后△T时间而现实生活中电阻负载使用的较少，大多数负载都有一定的电感，如变压器、电动机、洗衣机、冰箱、空调等都是带有电感性的负载，这样就使电压波形的相位与电流波形的相位不能重叠，电流的波形（红色）就会比电压波形（蓝色）迟后△T的时间（见图2），△T时间越大，功率因数越低，消耗的无功功率也越大。
消除谐波电流与节电的关系
消除谐波电流与节电的关系摘要：谐波的问题日益引起人们的关注，谐波治理得到越来越高的重视。
但是，现在有一个十分困惑的问题，就是治理谐波与节电的关系。
一些从事谐波治理的公司利用企业渴望节电的心理，毫无根据地夸大谐波治理的节电效果，更加重了问题的混乱。
本文首先提出分析节电潜能的方法，然后从电费支出角度分析了治理谐波能够节电的可能性。
通过分析不同配电系统中谐波电流造成的电能浪费，预测了谐波治理的最大潜在节电收益，指出并非任何谐波治理方法都能够获得预期的节电效果，只有能够消除配电线路上的谐波电流的方法才能够获得节电效果。
传统的在变压器下端母线上安装有源滤波器或者无源滤波器的方法不能获得明显的节电效果。
最后提供一种新型的谐波治理方案，能够在三相四线系统中获得明显的节电效果，并且具有最高的性价比。
1.节电潜能的分析方法节电是目前最热门的话题。
随着国家节能降耗国策推进的深入，一些直接的节电措施已经广泛实施，人们开始关注更深层次的节电潜能。
特别是在能源价格不断升高的环境下，企业迫切寻找节电的突破口。
谐波治理就往往成为一个目标。
谐波治理的初衷是提高电能质量，保证配电系统和用电负荷的正常运行。
但是由于人们过度关注节电的问题，在讨论谐波治理项目时，往往偏离主题，提出谐波治理项目实施后，能够节省多少电能的问题。
加上谐波治理设备厂家为了销售产品，故意混淆电能质量与节电的概念，夸大谐波治理在节电方面的作用，使很多企业在考虑谐波治理时，单纯关心节电效果。
本文讨论谐波治理与节电的关系，希望能够指导企业真正从谐波治理中获得效益。
本节提供的分析思路不仅适合于谐波治理的节电分析，也适合于一般的节电项目效益分析。
1.1 节电的最大潜能在论证任何节电项目时，都要首先研究节电的潜能在那里，这种潜能有多大。
如果不能搞清楚这种潜能的存在和大小，就不能开展节电项目的设计。
节电有两个途径，一个是减少不必要的电力做功，另一个是提高电力做功的效率。
随手关灯就是我们最熟悉一种节电方法，这就是通过减少电力做功。
谐波治理与节能
13
5.21
15
0.28
17
4.36
19
5.91
21
0.14
23
4.36
25
2.81
各次谐波电压统计数据： 谐波电压次数 UPS负荷侧(V)：
3
0.09
5
7.16
7
0.18
9
0.18
11
6.46
13
4.78
15
0.80
17
12.20
19
11.32
21
0.09
23
3.09
25
1.06
从以上检测结果看，负荷处产生的主要是以5、7次谐波为主的光 谱谐波电流。 其中总谐波电流畸变率THDI为30.6％； 总谐波电流畸变率THDV为5.3％；
1、治理谐波是节能降耗的有效措施 2、降低变压器容量配置的节能效果 3、降低发电机组容量配置的节能效果 4、治理谐波后的节能效果
1、治理谐波是节能降耗的有效措施
1）电力变压器：
转换能量效能较高的设备，但也存在空载损耗、负载损耗和热损耗。 其节能的主要措施是降低上述损耗。而谐波与这些损耗密切相关：其中涡 流损耗、磁滞损耗分別与频率的平方、频率成正比，高次谐波的引入将增 加额外的涡流损耗和磁滞损耗；铁心由于急剧变化的磁通导致铁损急剧增 加，进而使变压器局部严重过热；中性线上由谐波和不平衡引起的过电流 会在三相变压器线圈中出现环流从而产生附加损耗。
3、降低发电机组容量配置的节能效果
IT中心主要的UPS系统有三套，两套爱克赛9315/130KVA和一套爱默生 200KVA系统。其中，两套9315均未6脉冲整流且未带滤波装置，谐波 高达32％，爱默生系统为12脉冲整流，谐波在25％左右。 仅对UPS而言，发电机组容量配置为: 130×2×2.5＋200×2.0＝933（KVA) 约为750KW 考虑谐波治理因素，则可降低容量配置: （130×2＋200）×1.5＝690（KVA) 约为550KW 由此可见，通过谐波治理，可降低发电机组容量200KW 在节省工程投资的基础上，同时节省油耗。根据不同机组的功率油耗曲 线， 每小时可节省柴油30升。 按每年机组运行200小时计算，每年可节省约4万元。
分析谐波治理的优点及经济效益说明
分析谐波治理的优点及经济效益说明波治理带来的好处：1、安装谐波治理装置后，有效的降低了谐波电流，增加了变压器的有效容量，可增加相应的带载能力，减少扩容所需的投资。
2、安装谐波治理装置后，可有效的降低变压器的损耗，提高变压器的安全运行系数，起到节能降耗的目的。
3、安装谐波治理装置后，可有效的降低拉出的单晶的质量，提高单晶的无位错率。
谐波治理的方法目前常用的谐波治理的方法无外乎有二种，无源滤波和有源滤波。
下面就谈谈这二种方法的优缺点以及市场前景及其经济效益的分析。
1、无源谐波滤除装置国内低压侧高水平的谐波滤除装置是采用光纤触发系统，大幅度降低因谐波干扰致使电缆触发所产生的误动。
无源滤波的主要结构是用电抗器与电容器串联起来，组成LC 串联回路，并联于系统中，LC回路的谐振频率设定在需要滤除的谐波频率上，例如5次、7次、11次谐振点上，达到滤除这3次谐波的目的。
其成本低，但滤波效果不太好，如果谐振频率设定得不好，会与系统产生谐振。
现在，市场上流通较多的采取的滤波方法就是这一种，主要是因为低成本，用户容易接受。
虽滤波的效果较差，只要满足国家对谐波的限制标准和电力部门对无功的要求就行了。
由于其低成本，市场的需求也就大，一般而言，低压0.4KV系统大多数采用无源滤波方式，高压10KV几乎都是采用这种方式对谐波进行治理。
由于我国的中小企业大多数是私有的，业主对谐波的危害认识不足，一般不愿意拿出大量的经费来治理谐波，而有的企业由于谐波的含量太大，常规的无功补偿不能凑效，供电部门对无功的要求又是十分严格的，达不到就要罚款。
因此，业主不得不要求滤波。
因而，其市场的前景可观，经济效益也就可观了。
2、有源谐波滤除装置有源谐波滤除装置是在无源滤波的基础上发展起来的，它的滤波效果好，在其额定的无功功率范围内，滤波效果是百分之百的。
其主要的应用范围是计算机控制系统的供电系统，尤其是写字楼的供电系统，工厂的计算机控制供电系统。
对单台的装置而言，其利润是可观的，但用户一般不愿意用有源滤波，对于谐波的含量，不必滤得太干净，只要不危害其他用电器也就可以了。
谐波处理与节能
4、谐波的表示方法
傅立叶级数是研究和分析谐波畸变的有效方法，通过傅立叶分解能够对畸变波
形的各种分量进行检查，任何周期波形都可被展开为傅立叶级数，即：f(t):频率为f0
功 率 S IT
复 GTR 合 型
型
晶闸管
谐波最早发现在20世纪20年代，50年代以
肖特基势垒二极管
电力二极管
来，非线性负载引起的谐波问题日益受到
关注。
LTT TRIAC
2. 近年来谐波所造成的危害日趋严重，对发、输、供、用电设备都造成图了1-严42重影响，导致设备运行 故障、维修工作量增加及增耗电费，甚至引发火灾事故等。
1、对称性： 奇对称性：f（-t）=-f（t），展开为傅立叶级数式没有余弦项； 偶对称性： f（-t）=f（t），展开为傅立叶级数式没有正弦项而只 有余弦项； 半对称性：f(t+T/2) =-f（t），没有直流分量且偶次谐波被抵消，故 忽略偶次谐波。
2、相序性： 在一个平衡的三相系统中，单频谐波分量是完全正序的，或完全负 序的，或完全零序的；
电缆
增加浸渍绝缘局部放电和温升，缩短寿命，增加短路几率，严重时造成断电或火灾。
消弧线圈 断路器 避雷器
换流装置 电压互感器 电力系统
延迟或阻碍消弧作用。 降低遮断能力，延缓甚至阻碍熄弧，有时损坏断路器。 涌流延长其放电时间，可能导致损坏。 使燃弧间隔不匀，个别不能运行。 可能引发参数谐振而损坏。 损耗增大，降低安全。
• 对供电设备的危害 ：损害电容 、变压器降容（铜损、涡流损耗与导体外部 因漏磁通引起的杂散损耗 ）、降低可靠性、影响电力测量的准确性 ；6
供电系统的谐波抑制及降损节能
供电系统的谐波抑制及降损节能来源：电力技术网蔡伯华(北京市电力公司朝阳供电公司)摘要：本文主要介绍了供电系统中谐波的产生原因和它的危害，及抑制谐波的一般对策。
关键词：电网;谐波;危害;抑制措施;发展近年来，随着人民节能意识的提高，非线性负荷等节电产品的推广使用，给供电系统带来了严重的谐波问题，引起了供电电压正弦波形的畸变。
实际上，谐波不仅仅造成电压频率不稳、不对称，以及稳态过电压、欠电压及电压波动、闪变等危害，同时也是重要的耗能指标。
治理好谐波，不仅能降低电能损耗，而且能延长设备使用寿命，改善电磁环境，提高产品的品质。
1概述“谐波”一词起源于声学。
18世纪至19世纪，傅利叶等提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。
20世纪20年代，电力系统的谐波问题引起了人们的注意。
当时在德国，使用静止汞弧变流器造成了电压、电流波形的畸变。
到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，谐波所造成的危害也日趋严重。
世界各国都对谐波问题予以充分和关注，国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。
供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅利叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。
在理想情况下，优质的电力供应应该提供有正弦波的电压。
但在实际中供电电压的波形会由于某些原因而偏离正弦波形，即产生谐波。
如图一所示谐波为基波频率(在我国取工业用电频率50HZ为基波频率)整数倍的正弦波分量，又称为高次谐波。
产生谐波的非线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压，电流波形畸变，使电能质量变坏。
谐波组成分解如图二所示谐波的对于供电系统的危害极为严重，不仅会引起电气设备附加损耗和发热,缩短使用寿命，甚至损坏。
而且谐波注入电网后使无功加大，功率因数降低，甚至有可能引发并联或串联谐振，损坏电气设备以及干扰通信线路的正常工作。
谐波治理与节能降耗-图文
主要内容
• 谐波的产生及危害 • 谐波的治理措施 • 谐波治理与节能降耗
谐波产生的原因
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。 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0.5%。
节能效 果
扩容性
不能，有时增 加谐波 不变，甚至增 强
静态
不能，有时增 加谐波 不变，甚至增 强
静态
能，部分低次 谐波 降低，但是任 然较高
静态
能，多次谐波 <8%(<5%) 动态
能，多次谐波 <8%(<5%) 动态
能，多次 谐波 <8%(<5%)
动态
可能
可能
可能
不可能
不可能
不可能
小
小
中
高
高
高
好
好
不好
不好
非常好
非常好
造价 Hale Waihona Puke 低较低中高
高
高
谐波治理与节能降耗
谐波造成的电能损耗： 谐波网损的计算方法有两种，一种是采用谐波畸变率的谐
波 网损计算方法，另一种方法是采用等值电阻法计算谐波网
损 。 采用谐波畸变率的谐波网损计算方法：
通信电源系统谐波治理与节能降耗研究
通信电源系统谐波治理与节能降耗研究摘要：近年来，通信行业有了很大的发展，通信电源系统规模也处于不断扩大之中。
在通信电源系统快速发展的过程中，还有一些问题没有解决，从而影响了通信电源系统的进一步发展。
其中，较为典型的一个问题就是现有的通信设备有很多都使用了非线性负载，在电网运行的过程中会产生大量的谐波，从而影响了整个电网系统供电的安全性和稳定性。
在这种情况下，如何提高电力系统供电的稳定性和安全性、降低供电过程中的能源消耗成为人们关注的重点问题。
本文将结合通信电源系统谐波产生的理论知识对此开展分析和研究。
关键词：通信电源系统；谐波治理；节能降耗目前，节能降耗已经成为全世界都比较关心的一个问题，节能降耗问题不仅关系到能源的可持续利用，同时还将直接影响到人类的生存和发展。
由此可见，节能降耗的重要性。
在我国，节能降耗是国家发展的一项战略方针，各级政府也在积极推进节能降耗工作。
在通信电源系统发展的过程中存在较大的能源浪费问题。
因此，必须要加深对通信电源系统谐波治理与节能降耗的研究。
本文将从介绍通信电源系统谐波产生的机理及危害入手，研究通信电源系统谐波治理的原理和目标，分析通信电源系统谐波治理的节能效果。
1 通信电源系统谐波产生的机理及危害1.1 通信电源系统谐波产生的机理谐波就是指任一周期性的信号，但是50赫兹的正弦波信号并不属于谐波。
导致谐波产生的根本原因是用电设备使用了非线性负载。
带有非线性负载的用电设备在工作的过程中会形成非正弦电流，从而使得波形发生较大的变化。
当这种非正弦的电流通过电网阻抗时就会产生谐波电压，从而影响了电网供电的质量。
1.2 通信电源系统谐波产生的危害无论是谐波电流还是谐波电压，都会对电网的正常运行产生较大的影响。
在很早以前，人们就对谐波电压和谐波电流进行了研究，并明确指出了谐波存在的危害性。
但是，当时的研究还没有意识到谐波污染的严重性，进而也就没有将谐波问题作为一个重点研究课题。
近些年来，随着信息技术和电子技术的不断发展，电子设备逐渐普及，电子设备使用过程中产生的谐波污染情况愈加严重，因谐波污染导致的安全事故层出不穷，从而使得人们不得不重新看待谐波问题。
浅谈10kV配电线路谐波治理和节能降损
浅谈10kV配电线路谐波治理和节能降损摘要：10kV配电是电网系统中的重要组成部分，在10kV配电网中，由于其相关线路比较密集，因此在电网运行中容易产生较大的能源损耗，对于电网的节能与平稳运行具有一定的阻碍性与制约性。
文章分析了10kV配电网中谐波产生原因，并探讨了10kV配电线路谐波治理和节能损耗情况，以便快速提升我国电能质量。
关键词：10kV配电线路；谐波治理；节能降损引言10kV配电作为电力系统的重要组成部分之一，其节能损耗与线路谐波对整个电力系统的运行有着比较直接的影响，而且还会给人们的日常生活带来不便之处。
谐波不仅会对电气设备以及通信系统造成一定程度的损坏与影响，而且还容易造成大量的电能浪费，更甚者是其可造成供电事故，危及到人们的生命和财产安全。
随着人们生活水平的不断提升，为进一步确保我国电能质量与当下的发展需求相符合，改造谐波系统以及进行节能损耗研究已经成为电力部门必须重视与亟需解决的问题。
1谐波治理与降损的关系随着区域经济的快速发展，作为支柱产业的钢铁冶炼及轧钢、轧带、制管等钢材改制企业在带来经济增长的同时，其非线性负荷在电网产生了大量谐波，导致电压和电流波形发生畸变，严重降低电能质量，增加电网的电能损耗。
继电保护装置受谐波干扰时可能会引起误动作，影响安全运行。
谐波对电容器运行造成危害，影响无功补偿。
滤除高次谐波能够净化用电环境，减少谐波电流在用电设备和输、配电设备中的发热，直接节省有功功率，降低线损。
其次，由于滤波回路是由电抗器和电容器串联形成的，所以在滤波的过程中能向电网中注入容性无功，由于无功电流的抵消，也相当于提高了配电设备的容量。
另外，无功功率得到补偿还能提升末端电网电压，对提高电能质量有很重要的意义。
2在10kV配电网中谐波产生的原因一般情况下，电力系统出现时变或时不变的电力负载时，就会产生不同工频的电压或电流，就是电力谐波。
其产生的原因主要包括以下两点：（1）由于受变压器、发动机等相关电力设备所造成的影响，使得电网自身就携带一定的谐波；（2）电气设备产生的谐波，如电石炉、整流装置、非线性元件、变频装置等。
节能减排示范项目--动态无功补偿及谐波污染治理技术
节能减排示范项目----动态无功补偿及谐波污染治理技术港口大型装卸设备几乎全部使用电能，节约电能不仅是降低装卸成本的重要途径，更是国家发展战略的需要。
广州港集团在节电方面以科学技术为先导，挖掘节电的深度，并不断推广，改善整体面貌。
一、倡导和建立集中补偿、分散补偿与就地补偿三位一体的电网补偿体系，降低无功损耗自80年代直到90年中期，港口发展迅速，用电量猛增，港区电网原有的补偿跟不上，造成功率因数较低(0.6-0.85)，因此常常被供电部门罚款。
为了迅速免除罚款，我们采用了集中补偿的方法，就是在港区电网的进口处110KV变电站加装10KV电容集中补偿。
这样花钱少、工程量小、收到了立竿见影的效果。
新港及新沙港区，功率因数立即提高到0.92-0.94。
自96年以来，我们不仅不被罚款，反而由此受到奖励。
但是我们知道集中补偿只提高了进线的功率因数，整个港区内电网的功率因数还是比较低的。
为了真正降低港内电网的功率因数，开始在各个分电站(10kV/0.4kV)建立分散补偿体系。
分散补偿就是在各个分变电站的0.4kV母线上，安装低压电容补偿柜，采用自动控制分组投入，提高各个分变电站的功率因数。
同时还对主要的大型设备比如桥吊、大型门机及大型皮带机就地加装补偿电容，进行就地补偿。
由于装卸设备的动作周期短、电流变化速度快，我们逐步采用计算机控制的电力电子技术投切电容，在1988年-2003年期间，已经逐渐形成三位一体的补偿体系。
新沙港区总功率因数达到0.96-0.97，新港港区总功率因数达到0.97-0.98，港区内从主要的大型设备到各级变电站乃至整个电网，功率因数控制在平均0.9以上。
有效地降低了整个港区的无功损耗。
二、经常监测、积极治理高次谐波，减少高次谐波产生的附加损耗近年来，为了节约能源，我们在电气驱动环节积极推广应用变频技术、在控制系统积极推广应用可编程逻辑控制器（PLC）技术，收到较好的节电效果。
但是由于大功率可控硅变流以及变频器的大量使用，港口电网的高次谐波污染带来的问题日益凸现，2000年我们作为一个科技项目对港口典型配电网中高次谐波进行了检测和研究。
浅谈10kV及以下配电系统谐波治理及综合节能降耗措施
浅谈10kV及以下配电系统谐波治理及综合节能降耗措施摘要：10kV及以下配电作为电力系统的重要组成部分之一，其线路谐波及节能损耗对整个电力系统的运行有着比较直接的影响，而且还会给人们的日常生活带来不便之处。
谐波不仅会对电气设备以及通信系统造成一定程度的损坏与影响，而且还容易造成大量的电能浪费。
随着人们生活水平的不断提升，为进一步确保我国电能质量与当下的发展需求相符合，对治理谐波系统以及进行降低节能损耗的研究已经成为电力部门必须重视与亟需解决的问题。
关键词：10kV及以下配电系统；谐波治理；节能降耗1.10kV及以下配电系统的谐波治理1.1谐波的危害谐波电流对电路的损耗是随着谐波频率的高低而变化的，当波频率较高时，就会引发线损的程度加大，给电网和用电设备带来损伤甚至是事故。
谐波的分布电容放大，会导致谐波电流加大，还会引发电缆的老化，增加电网的负荷；谐波还会导致电网的电压基波超过正常限值导致电晕损耗。
1.2谐波治理对策1.2.1受端治理是谐波治理对策之一，常用的治理方法包括：①将谐波源从电网规划设计开始设计为较大容量的供电点或者电网供电；②利用滤波器改变电容器的串联电抗器，或者限定电容器某些支路，放大组织谐波等；③对谐波感应灵敏的设备加强保护，通过增强设备的抗谐波干扰能力改善设备性能，保证谐波环境下设备依然能正常工作。
1.2.2主动治理是从谐波自身治理入手，在源头上将谐波降低或者阻止其产生。
主要治理方法包括：①改变变流装置，增加变流装置的相数或者脉冲数、多脉整流或准多脉整流技术，例如换流变压器等；②对谐波装置过于集中的地方进行分散或者交替处理，改变谐波源的配置；③将多个变流器进行联合处理，利用多个方波的叠加来消除频率较低的谐波；④利用三次倍数的谐波或者谐波源，将电流增加在矩形波形上，利用谐波的叠加注入降低给定的部分谐波；⑤采用脉宽调制技术来调整较高频率的谐波，使波形接近正弦波；⑥采用高功率因数变流器等，减少谐波的产生，降低变流器功率因数。
谐波治理和节能降耗课件
效果评估的结果和分析
结果
经过实际应用和效果评估，谐波治理 和节能降耗措施取得了显著的效果， 有效地提高了电力系统的稳定性和可 靠性，降低了能源消耗和运营成本。
分析
在实际应用中，需要注意各种因素的 影响，如设备性能、运行环境、人员 操作等。同时，需要定期进行效果评 估，以便及时调整和优化治理和节能 降耗措施。
利用电容、电感等无源元件组成的滤 波器来吸收或反射谐波，减少谐波对 系统的影响。这种方法简单、成本较 低，但治理效果不如主动治理方法。
隔离变压器
通过在变压器绕组中设置中间抽头来 减小谐波电流的含量，从而降低谐波 对系统的影响。这种方法适用于谐波 源较小的系统，治理效果有限。
混合治理方法
主动与被动结合
案例二
某商业写字楼的节能降耗
背景
写字楼内有许多高能耗设备，导致能源浪费和运营成本增加。
实际应用的案例分析
解决方案
采用智能节能控制系统，对空调 、照明等设备进行优化控制。
实施效果
显著降低了写字楼的能源消耗， 提高了运营效率和经济性。
效果评估的方法和指标
方法
对比法、实验法、模拟法等。
指标
谐波电流、电压畸变率、功率因数、能耗等。
谐波治理和节能降耗 课件
contents
目录
• 谐波的产生和影响 • 谐波治理的方法和措施 • 节能降耗的原理和方法 • 谐波治理和节能降耗的关系 • 实际应用和效果评估
01
谐波的产生和影响
谐波的产生
非线性负载
当电流流过非线性负载时，会产生非 正弦波形，从而产生谐波。例如，开 关电源、变频器等。
滤波器治理
通过在系统中安装滤波器来滤除谐波，减少谐波对系统的影响。这种方法适用 于谐波源较大的情况，能够有效地降低谐波含量。
谐波治理与节能降损
谐波治理与节能降损——山东省齐河县电业公司马训福王德胜•在理想情况下，优质的电力供应应该提供具有平滑的正弦波形的电压、电流，但在实际应用中供电电压的波形会由于某些原因偏离正正弦形，即产生谐波。
谐波是指一些频率为基波频率（即频率为50Hz）整数倍的正弦波分量，又称高次谐波。
1概述在理想情况下，优质的电力供应应该提供具有平滑的正弦波形的电压、电流，但在实际应用中供电电压的波形会由于某些原因偏离正正弦形，即产生谐波。
谐波是指一些频率为基波频率（即频率为50Hz）整数倍的正弦波分量，又称高次谐波。
供电系统中产生谐波的根本原因是由于给具有非线性阻抗特性的电气设备（又称非线性负荷）如电抗器、气体放电灯、炼钢电弧炉以及各种电力变流器等设备供电的结果，非线性负荷工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压电流产生畸变，从而影响供电质量。
因此，谐波是电力质量的重要指标之一。
谐波的危害表现为以下几个方面：一是增加发、输、供和用电设备的附加损耗，是设备过热，降低设备的效率，尤其对输电线路影响很大。
由于输电线路阻抗的频率特性，线路电阻随着频率的升高而增加，在集肤效应的作用下，谐波电流使输电线路的附加损耗增加。
谐波还使三相供电系统中的中性线的电流增加，导致中性线过载，由于输电线路存在着分布的线路电感和对地电容，它们与产生谐波的设备组成串联回路或并联回路，在其他线路参数配合下会发生串联谐振或并联谐振，导致谐波电压升高、谐波电流增大，造成局部绝缘老化甚至发生击穿的事故。
二是影响继电保护和自动装置的工作和可靠性；三是使测量和计量仪器的指示和计量不准确；四是干扰通讯系统的工作；五是影响用电设备正常工作，谐波会使电视机、计算机的图形发生畸变，画面亮度发生波动变化，机内原件出现过热，计算机及数据处理系统出现错误；对于采用晶闸管的变速装置，谐波可能使晶闸管误动作或触发控制回路工作不稳定、触发不对称等。
所以供电系统中的谐波问题已引起各界尤其是供电部门的广泛关注，为保障电气、电子设备能在电磁兼容意义的基础上正常运行工作，必须采取有力措施抑制并防止电网中因谐波危害所造成的严重后果。
谐波治理与节能降耗 共21页PPT资料
谐波产生的原因
用电设备产生的谐波： 1. 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。 2. 变频装置。变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控 制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置 的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。 电 弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的 炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的 三角形连接线圈而注入电网。其中主要是2 7次的谐波，平均可达基波的8% 20%，最大可达45%
④LC滤波器电路会因系统阻抗参数变化而发生与系统并联谐振问题，从而使装 置无法运行。
⑤对于特殊的谐波，当系统阻抗和频率变化时，有可能因与电源阻抗并联谐振 而产生“谐波放大现象”，使电路无法正常工作。
⑥.消耗大量的有色金属，体积大，占地面积大。
谐波治理措施
2.有源滤波器 有源滤波器的基本原理是从被补偿对象中检测出谐波电流，然后由补 偿装置产生一个与该谐波电流大小相等但极性相反的补偿电流（并联 型）或对应的谐波电压（串联型），从而消除电网中的谐波电流，使 电网电流只含有基波分量。 与传统的LC滤波器相比，有源滤波器优点如下：
电力谐波的危害与治理
电力谐波的危害与治理1．谐波概念当正弦波电压施加在非线性电路上时，电流就变成非正弦波，非正弦电流在电网阻抗上产生压降，会使电压波形也变为非正弦波。
非正弦波可用傅立叶级数分解，其中频率与工频相同的分量称为基波，频率大于基波的分量称为谐波。
在电力系统方面，谐波是指多少倍于工频频率的交流电，简称“次”，一般是指从2次到30次范围。
如5次谐波电压（电流）的频率是250赫兹，7次谐波电压（电流）的频率是350赫兹；超过13次的谐波称高次谐波。
电力谐波对电力网（包括用户）危害是十分严重的，它是一种电力污染。
2．电力谐波的主要危害（1）谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3 次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。
（2）谐波影响各种电气设备的正常工作。
谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。
谐波使电容器、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中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起严重事故。
（4）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。
（5）谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致住处丢失，使通信系统无法正常工作。
3．谐波的治理：1）谐波治理标准GB/T 14549—93 《电能质量公用电网谐波》该标准对不同电压等级各次谐波允许注入值都作了具体规定（略），其规定了公用电网谐波电压（相电压）限值。
2）TXB800系列电力滤波补偿装置的结构滤波器、电容器、电抗器、开关设备再加上电阻器适当组合成各种单调和高通谐波滤波器支路，对3次、5次、7次、11次和13次及以上谐波分量进行吸收过滤。
和一般低压电容补偿设备相比,消谐滤波补偿装置除具有消谐滤波作用外，还具有无功补偿能力，使用户注入系统的谐波电流大大降低；各项电能指标得到明显改善；装置结构简单，参数调整灵活准确。
谐波治理与节能
谐波治理与节能河北某钢铁公司专业生产多品种的不锈钢榜、线型材，炼钢年设计产能30万吨，轧钢年设计产能45万吨，年产值逾60亿元。
公司职工1000余人，厂区建筑面积6万多平方米。
（1）1#变压器容量为16000KVA，变比为35KV/10KV，下带负载为2台7200KVA 中频炉变和一台1800KVA加热炉变，中频炉运行产生的特征谐波以11、13次为主，滤波装置接入10KV母线。
（2）4#变压器容量为20000KVA，变比为35KV/10KV，主要负载为10KV母线侧2台8000KVA中频炉变和总功率为4200KW直流轧机，滤波装置接入10KV母线。
1、总投资：本项目分2段实施，分别为1#变、4#变。
本案列仅讨论1#变，1#变谐波滤除及无功补偿装置总投资五十多万元。
2、谐波治理及无功补偿效果滤波装置投入后，系统10KV侧谐波电压畸变率由10.5%降到了3.85%，谐波电流畸变率也由10.20%降到了7.1%，各次谐波均在国标允许值以内。
系统功率因数也从0.827提升到了0.99，滤波装置投入后，系统消耗的总无功功率减少了4800Kvar。
3、节电效果（1）线路频率损后的节电设公司1#主变最大负荷全年耗电时间为3000小时(τ),线路电能损耗于传输电能比为0.03以δ表示.则,补偿后的全年节电量:2?W=S*cosφ1*δ*τ*{1-[cosφ1/cosφ2]} LL=0.8×16000×0.827×0.03×3000×[1-(0.827/0.99)]288000(kwh)注:0.8为主变负荷率（2）补偿后变压器全年节电量:22 ?W=?P*(S1/S2)*τ*[1-(cosφ1/cosφ2)] Td=240×{(0.8×16000)/16000}2×3000×0.30218140000(kwh)式中P为变压器短路损耗,为240KW d（3）补偿投入后的全年总的节电效果:W=W+W LT=288000+140000=428000(kw?h)= 428000x0.58元=24.8万元式中：电费按0.58元/度，负荷1年工作时间为3000小时（4）力率电费的节约:根据浙江地区的电费计价方式，用户全年应交纳的功率因数调整电费约为：（以当地供电局功率因数考核点为0.9计算，补偿前用户系统的功率因数为0.827,则功率因数罚款力率为+3.5%。
谐波治理与节能
一起进步通信局房的电力节能与谐波治理摘要：在分析减少电能损耗原理的基础上，具体结合谐波分析通信局房节约电能的措施，并阐述了当前通信电源系统中谐波的产生、危害及谐波控制与消除技术。
通过一个工程实例，说明了有源滤波器消谐技术在通信电源系统中的使用及效果。
关键词：节能谐波谐波抑制无源滤波器有源滤波器引言当前，“节能降耗”已经上升到了国家发展的战略高度，成为整个“十一五”规划中的重要内容。
为了响应国家政策和集团精神，通信动力运维部门结合自身特点和运营应用，仅就动力系统电力节能降耗部分，初步综合汇集了一些经验和体会，以期进行共同探讨和研究。
1 综述电能是由其它能源转换产生并可转化为机械能、热能等的形态。
在电网中，电能是以电压电流的表现形式作功，其单位消耗的电功率为P=W/T(kWh)。
用电设备在对负载进行有效作功(Po)的同时，也有一部分无效作功损耗，二者之和才是总的有功功率(Pn)，这就是用电设备的效率η=Po/Pn，这是其一。
另外，由于大多数电气设备为感性负载，将产生电压电流的不同相位，从相关电压、电流或功率矢量三角形看起来，实际有功功率P要小于装置总的视在功率S，还有一部分为无功功率QL(电感上的功率)，相移功率因数是专门表征这一电能的数量关系的重要电气参数。
容性负载情况类似，但常常用来补偿感性无功功率。
广义上的功率因数PF=P/S还应包括波形畸变造成的附加电能等。
由上可见，要想减少电网系统中的电能损耗，主要从二方面入手：一是提高电气设备(包括负载装置)的效率；二是提高电气系统的功率因数，进而减少无功及谐波电流，同时要合理供电，减少线路损耗。
近年来，通信系统中由于非线性负荷的日渐增多，特别是一些大功率UPS的大量应用，导致电网中产生大量的高次谐波电流，进而电压波形发生较大的畸变，引起系统的功率因数降低。
低的功率因数和谐波，会造成设备自身和电网相当大的附加无功电能，增加电网输变电以至发电设备的负担，影响设备运行及寿命。
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有源电力滤波器
有源滤波器分类
① 并联型有源电力滤波器 并联型APF在系统中，相当于一个谐波电流发生器。检测的信号经控 制电路进行参考电流运算，得出补偿电流的参考信号。该参考信号经 主电路放大，得出补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功电流抵 消，即得到所期望的与电网电压同相的基波正弦电流，从而抵消了线 路中的谐波电流，将电流侧电流补偿为正弦波。 ② 串联型有源电力滤波器 补偿装置工作时，APF相当于一个与负载串联且受谐波电流控制的受 控电压源，它产生一个K倍于谐波电流的谐波电压，因此，APF对谐 波来讲可等效为阻值为K的电阻，而对基波来讲，其阻值K为零。 ③ 混合型有源电力滤波器 有源电力滤波器（APF）作为一种能动态抑制谐波的电力电子装置广 受关注，并出现了众多电路结构和控制方案，这其中，将传统的无源 滤波器和APF结合起来，互相取长补短，组成混合有源滤波器，也是 当前APF研究领域的一个重要方向。
接近1
接近1
接近1
接近1
接近1
不能，有时增 不能，有时增 能，部分低次 能，多次谐波 加谐波 加谐波 谐波 不变，甚至增 不变，甚至增 降低，但是任 <8%(<5%) 强 强 然较高 静态 静态 静态 动态
能，多次谐波 能，多次 谐波 <8%(<5%) 动态 <8%(<5%) 动态
震荡可 能性
节能效 果 扩容性
谐波的危害
增加电力设施负荷，降低系统功率因数，降低发电、输电及用电 设备的有效容量和效率，造成设备浪费、线路浪费和电能损失； 引起无功补偿电容器谐振和谐波电流放大，导致电容器组因过电 流或过电压而损坏或无法投入运行； 产生脉动转矩致使电动机振动，影响产品质量和电机寿命； 由于涡流和集肤效应，使电机、变压器、输电线路等产生附加功 率损耗而过热，浪费电能并加速绝缘老化； 谐波电压以正比于其峰值电压的形式增强了绝缘介质的电场强度， 降低设备使用寿命； 零序（3的倍数次）谐波电流会导致三相四线系统的中线过载，并 在三角形接法的变压器绕组内产生环流，使绕组电流超过额定值， 严重时甚至引发事故。 谐波会改变保护继电器的动作特性，引起继电保护设施的误动作， 造成继电保护等自动装置工作紊乱； 谐波改变了电压或电流的变化率和峰值，延缓电弧熄灭，影响断 路器的分断容量； 使计量仪表特别是感应式电能表产生计量误差； 干扰邻近的电力电子设备、工业控制设备和通讯设备，影响设备 的正常运行。
k为主变负荷率=(平均负荷/变压器额定容量×功率因数） δ为线损率 τ为满负荷全年耗电时间 变压器节电量
②
WT Pd (S1 / S2 ) 2 [1 (cos1 / cos2 ]2
Pd 为变压器总短路损耗（满负荷时的铜损）
S1 为有功功率 S 2 为视在功率
滤波补偿经济效益
③ 力率电费的节约 力率电费=有功电费×力率 =有功功率×全年工作小时×电费单价×力率 力率以当地供电局功率因数考核点及实际功率因数计算。
谐波产生的原因
用电设备产生的谐波： 3. 气体放电类电光源。荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金 属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分析与测量这类 电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含 有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。 家 用电器。电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊 具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。 在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平 衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率 较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。
谐波治理与节能降耗
主要内容
• 谐波的产生及危害 • 谐波的治理措施 • 谐波治理与节能降耗
谐波产生的原因
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。 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 0.5%。
可能
小 好
可能
小 好
可能
中 不好
不可能
高 不好
不可能
高 非常好
不可能
高 非常好
造价
很低
较低
中
高
高
高
谐波治理与节能降耗
谐波造成的电能损耗： 谐波网损的计算方法有两种，一种是采用谐波畸变率的谐波 网损计算方法，另一种方法是采用等值电阻法计算谐波网损 。 采用谐波畸变率的谐波网损计算方法： 在不考虑集肤效应的情况下，线路电阻是一个固定值， 则没有谐波时线路损耗为 ，而有谐波时线路损耗为：
I12 R
故线损增加率：
I R ( I I n2 ) R I12 R(1 THDI2 )
2 2 1 n2
I 2 R I12 R 2 THD I I12 R
等值电阻法 • 考虑高次谐波集肤效应 若考虑集肤效应，发电机的电枢电阻和变压器等值电阻简单的可以用基波电阻 的模型，即 Rn 为谐波阻抗，则谐波损耗可统一表示为： n为谐波次数，R1 为基波阻抗，
APF的原理
APF原理
APF的特点
各种谐波治理及无功补偿方法比较
人工切换并联 自动切换并联 电感电容补偿 串联型有源功 电容补偿 电容补偿 因补偿 技术先 进性 最低 低 中 高 并联型有源功 有源无源 因补偿 混合补偿 高 高
功率因 很难到1 数 cos
谐波滤 除 电流 THD 补偿方 式
谐波产生的原因
用电设备产生的谐波： 1. 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。 2. 变频装置。变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控 制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置 的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。 电 弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的 炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的 三角形连接线圈而注入电网。其中主要是2 7次的谐波，平均可达基波的8% 20%，最大可达45%
APF的原理
有源电力滤波器由两大部分组成:即指令电流运算电路和补偿电流发生电路 (由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分构成）。 指令电流运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量。 补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信 号，产生实际的补偿电流。主电路目前均采用PWM变流器。
n
对于输电线，谐波模型可以采用如下式子： 式中，r为输电线单位长度的电阻（Ω/㎞），l为线路长度，n为谐波此时。 其谐波损耗为：
滤波补偿经济效益
① 线路节电
WL S L cos1 k [1 (cos1 / cos2 ]2
S L 为变压器额定容量 cos1 为补偿前功率因数 cos 2 为补偿后功率因数
11~25次
动态分布
25次以上射频
动态分布
谐波治理措施
1.无源滤波器 传统的抑制高次谐波的方法，是使用LC无源电力滤波器，一般是根据谐振原 理来工作。它具有结构简单、一次性投入低、运行费用低，它在很宽的频率 范围内呈现为低阻抗，可以抑制多个频率的谐波。在吸收高次谐波的同时补 偿无功功率，还具有改善负载功率因数的功能。但由于结构原理上的原因， 在应用中存在以下难以克服的缺点。 ①由于调谐偏移和残余电阻的存在，调谐滤波器的阻抗等于零的理想条件是不 可能出现的，阻抗的变化大大妨碍了滤波效果，并且还存在滤波器过负荷的 可能性。 ②只能抑制按设计要求规定的谐波成分。有时由于高次谐波的成分较多，必须 同时加入多个滤波器。这会使整个滤波器的成本和体积增加。 ③随着电源侧谐波发生源的增加，谐波电流超量时，可能会引起滤波器的过负 荷。 ④LC滤波器电路会因系统阻抗参数变化而发生与系统并联谐振问题，从而使装 置无法运行。 ⑤对于特殊的谐波，当系统阻抗和频率变化时，有可能因与电源阻抗并联谐振 而产生“谐波放大现象”，使电路无法正常工作。 ⑥.消耗大量的有色金属，体积大，占地面积大。
各次谐波的危害
主要谐波频段 3次、9次 谐波特征 固定频段 主要危害原理 叠加零线电流 主要危害对象 零线发热 器件发热
5次、7次
固定频段
与油机或电容谐振 油机谐振带载失败 补偿电容发生爆裂 变压器发热降容 产生噪音 产生集肤效应，导 开关误跳闸 体表面发热 线损加大、发热
造成电磁发射，形 成EMC干扰 数据通信干扰，处 理速率下降
谐波治理措施
2.有源滤波器 有源滤波器的基本原理是从被补偿对象中检测出谐波电流，然后由补 偿装置产生一个与该谐波电流大小相等但极性相反的补偿电流（并联 型）或对应的谐波电压（串联型），从而消除电网中的谐波电流，使 电网电流只含有基波分量。 与传统的LC滤波器相比，有源滤波器优点如下： ①实现了动态补偿，可对频率和幅值都变化的谐波以及变化的无功功率 进行迅速的动态跟踪补偿。 ②滤波器特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危 险。 ③补偿无功功率时不需储能元件，补偿谐波时所需储能元件容量不大。 ④可同时对谐波和无功进行补偿，且补偿无功的大小可做到连续调节， 既可对一个谐波单独补偿，也可以对多个无功和谐波源集中补偿，性 价比合理。