电力电子设备谐波的危害与对策

电力电子设备谐波的危害与对策

发表时间：2019-11-07T15:35:22.563Z 来源：《电力设备》2019年第14期作者：宋良全

[导读] 摘要：随着智能化的兴起和信息处理技术的普及，电子计算机、彩色电视机和电子节能照明光源等电子设备和元件已广泛进入到我们的学习、工作、生活中。

（南瑞集团（国网电力科学研究院）有限公司南京市江宁区 211106）

摘要：随着智能化的兴起和信息处理技术的普及，电子计算机、彩色电视机和电子节能照明光源等电子设备和元件已广泛进入到我们的学习、工作、生活中。这些元件和设备属于非线性负载，其非线性产生的谐波电流，如果不加以抑制，会使低压电网的电压电流波形产生畸变，影响电能质量。电子元件和设备已成为低压电网中不可忽视的谐波源。

关键词：电力电子、谐波问题、危害与对策

随着电力电子技术的快速发展，电力电子装置越来越多地应用于冶金、化工、煤炭和运输等诸多领域，已成为实现生产自动化的重要基础设备。然而，随着这些电力电子装置的广泛应用，将大量的谐波和无功功率注入电网，使电网的电能质量下降，引起“电网污染”问题，这已成为阻碍电力电子技术发展的重大障碍之一。因此，认识和分析电力电子装置谐波产生的原因及其危害，探讨综合治理的方法，抑制谐波污染，提高电网功率因数已成为电力电子技术中的一个重大研究课题。

1电子设备的谐波现象及原因

电子设备的电源一般是整流电源，只在交流电压接近峰值时，整流管才导通有输入电流。由于在一周期内导通的时间很短，又必须维持设备正常的工作电流，所以输入电流呈脉冲状。这种脉冲状输入电流的基波含量小，而谐波含量大，且工作电流越大，脉冲电流的幅值就越大，形成严重的畸变电流注入低压电网，成为不可忽视的谐波源。

电子计算机和电视机的谐波电流含量大，谐波电流总畸变率高。这样高含量的负载谐波电流在负荷使用高峰期注入低压电网，会造成电网电压和电流总谐波畸变率升高，对电能质量产生影响，如果超过国标规定的限值，还可能造成危害。

2电力电子设备谐波的危害

2.1 弱电系统设备

我国已经建立了相对完善的电力网络系统，但由于受到各种因素的影响，导致电力网络系统在运行过程中存在着诸多问题。电力电子设备的谐波，通过静电感应、电磁感应耦合到电力网络系统之中，便会给弱电系统设备的稳定性造成极大的影响，严重妨碍电力系统的安全运行。电感应的强度与谐波的干扰频率虽然没有直接的联系，但通过公共接地，谐波也会对弱电系统设备产生极大的影响，大量不平衡电流流至接地极，严重干扰着弱电系统的稳定性。

2.2 电动机

在目前的电力网络系统中，电动机是一种较为重要的基础设备，电动机的实际运行效率同运行质量，会对整个电力网络系统的稳定和安全性造成直接的影响。在其出现谐波则就会促使异步电动机出现耗损的幅度提升，从而降低了电动机的生产效率，导致了电动机发生过热情况，出现了电力事故，发生较大的损失。在其出现负序谐波时，那么电动机的内部则会出现负序旋转磁场，构成了同电动机设备运行方向相悖的扭矩，因为有着此种制动作用的制约，导致了电动机具体运行效率的逐渐降低。

2.3 低压开关设备

对于配电用断路器来说，全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增大而发热，同时由于对电磁铁的影响与涡流影响使脱扣困难，且谐波次数越高影响越大；热磁型的断路器，由于导体的集肤次应与铁耗增加而引起发热，使得额定电流降低与脱扣电流降低；电子型的断路器，谐波也要使其额定电流降低，尤其是检测峰值的电子断路器，额定电流降低得更多。

3电力电子设备谐波造成的不良影响

3.1 谐波对电力设备造成的不良影响

电力电子设备谐波一旦出现，便会给电力设备产生不良影响。电力电子设备出现谐波的时候，电容器端电压相应的有所增加，电流也随之加大，导致电容器的功率产生了巨大的损耗。若是电力变压器处于运行状态，则会使电力变压器的铁耗、铜耗大幅增加。电缆导线横截面面积较大的条件下，电力电子设备谐波频率越高，那么电阻也就越大，电缆导线的允许通过电流越小，从而给整个电力网络系统的运行产生严重的影响。

3.2谐波对人体有影响。

从人体生理学来说，人体细胞在受到刺激兴奋时，会在细胞膜静息电位基础上发生快速电波动或可逆翻转，其频率如果与谐波频率相接近，电网谐波的电磁辐射就会直接影响人的脑磁场与心磁场。

3.3谐波对供配电线路造成的不良影响

为确保供配电线路的安全、稳定运行，通常情况下会应用感应式继电器、电磁式继电器，来保护供配电线路及变压器，若是供配电线路或者是供配电设备发生故障，感应式继电器、电磁式继电器便可以及时采取有效措施，避免故障的恶化、减少故障造成的损失。但电力电子设备谐波会对感应式继电器、电磁式继电器等保护装置造成干扰，甚至可能出现误动、拒动的问题，从而严重影响供配电线路的安全、稳定运行。

4电力电子设备谐波的解决对策

4.1主动抑制方案

可以从变流装置来进行分析，设计合理的变流装置结构，并且提升与之相关的辅助控制措施，进而抓紧降低电力电子设备的谐波，然而谐波进行主动抑制档案有着效率低以及成本高的问题。与此同时，电力网络系统中，开关频率较高的设备，也会促使 PWM 信号有着高次谐波，干扰的高电平的辐射以及传导，出现此种问题，谐波主动抑制方案在进行设计中，要求借助 EMI 滤波器该设备，及时将电力电子设备中高次谐波信号及时清除，及时预防高次谐波信号其作为传导影响到了入侵电力网络系统。

4.2谐波的被动抑制

无源滤波器也被称之为 LC 滤波器，在当前电力系统中滤波器主要为无源，应用了电感、电阻以及电容等进行组合设计组成的滤波电路，一般会将一次或者是多次的滤波及时清除，因此无源滤波器是被动抑制谐波最为重要的设备。通过选择电力电容器，根据具体需求来

组合电抗器、电阻器。进而通过给谐波提供并联低阻通路，保障滤波效果的实现。无源滤波器有着结构简单、运行可靠、维护便捷等优势。所以目前变为了抑制谐波、无功补偿比较常见的手段。可以应用简单的无源滤波器结构将电感和电容之间进行串联，进而可以对主要次谐波构成低阻抗旁路，无源滤波器的种类比较多，单调、双调以及高通滤波都是其中的重要组成。因为其类型比较多方便对其进行维护，因此在电力系统中受到了人们的欢迎。

有源滤波器也被称之为 APF，同时也是一种应用在动态抑制谐波，补偿无功的新型电力电子装置，其会对谐波任何变化做出补偿，应用有源滤波器可以有效提升通信系统和配电系统的稳定性，促使通信设备的使用年限延长，配电系统同谐波环境的设计规范而符合。有源滤波器的交流侧通过接口电感与三相电源连接，向电网侧输入给定的电流，从而能达到消除电网谐波的目的；其直流侧接有支撑电容，用以缓冲谐波能量，稳定直流电压。当有源滤波器向系统中注入与负载相位相反的基波负序电流、基波无功电流以及谐波电流时，电网仅提供负载所需的基波正序电流，电网提供负载瞬时有功功率的直流部分，负载所需瞬时有功功率的交流部分在非线性负载和有源滤波器之间循环，有源滤波器输出与非线性负载相反的无功功率，从而保证电源侧无功功率为零。

结束语

综上，电力资源是工业生产、日常生活中的基础性能源，解决电力电子设备谐波问题，确保电力网络系统的长期、稳定、安全运行，对于推动社会经济发展、促进工业化建设进程的加快以及保障人们生活稳定，有着十分重要的意义。

参考文献

[1]周红波.电动汽车充电站谐波治理方案 [J].电子技术与软件工程，2017（14）：245.

[2]周栾爱.电力网络谐波的危害和治理措施 [J].电力安全技术，2017，19（06）：10-12.

[3]沈学良.电力电子技术与谐波抑制、无功功率补偿技术研究综述 [J].中国新技术新产品 ,2017(12):68-69.