电力系统谐波及治理本科毕业论文

电力系统谐波及治理本科毕业论文（通用11篇）

电力系统谐波及治理本科毕业论文 篇1

发电系统、输配电系统及用电设备运行过程中由于设备原因、变压器非线性磁化、非线性用电等都会产生谐波。上述谐波可以造成区域电网污染，导致电能质量降低，严重限制了电力系统的安全性和可靠性，已经成为新时期电力工作的焦点。本文首先从国内外研究状况出发，对本次的研究方法和研究内容进行设定;其次，结合文献资料，概括地介绍了电力系统谐波的相关概念，总结了电力系统谐波的定义、产生及相关标准;再次，在傅里叶谐波检测方法基础上对电力系统谐波进行分析，并通过定性和定量法确定谐波源，深入分析了电力系统谐波检测中的注意事项;最后，提出电力系统谐波治理策略，结合MATLAB仿真软件对谐波治理系统进行设计，检测滤波效果。

目录

1 绪论1

1.1 研究背景及意义1

1.2 国内外研究现状1

1.3 研究方法及内容2

1.4 研究的不足2

2 电力系统谐波概念2

2.1 电力系统谐波的定义2

2.2 电力系统谐波的产生3

2.3 电力系统谐波的标准3

3 电力系统谐波检测及定位5

3.1 傅里叶谐波检测分析5

3.1.1 常规谐波分析法5

3.1.2 傅里叶谐波分析法5

3.2 系统谐波源定位分析6

3.2.1 定性分析法6

3.2.2 定量分析法7

电力系统谐波及治理本科毕业论文 篇2

1 增加换流装置的相数

整流设备所产生的谐波次数是n=N·i±l, 式中n为谐波次数, N为脉冲次数, i为大于等于1的整数。实际应用中有许多采用的是三相全控桥六脉冲整流, 若选用十二脉冲整流, 其线电流包含的谐波次数是11、13、23、25、…。而每一谐波分量的幅值是 (其中, Ifound表示基波电流) , 可以发现这比用六脉冲整流有更大的改善。对于大容量的变流器, 设计时尽量增加整流相数, 相数越多注入电网最低谐波次数越高, 谐波电流越小, 滤除越简单。例如:整流相数为6相时, 5次谐波电流为基波电流的18.5%, 7次谐波电流为基波电流的12%;若将整流相数增加为12相, 则5次谐波电流可下降到基波电流的4.5%, 7次电流下降到基波电流的3%。在采用并联多重联结的整流电路时, 必须采取有效的措施保证可控电力电子元件触发移相的同步性, 否则将会产生更大的谐波电流。

2 防止并联电容器组对谐波的放大

并联电容器在电网运行的过程中能够有效的提高功率因数, 同时也能够对波动电压进行有效的调节, 但是如果在电网运行的过程中存在着一定的谐波, 电容器会在特定的条件下对谐波产生放大的作用, 为了防止这种现象的出现, 我们通常可以采取以下措施:首先是收变与电容器串联的限流电抗器。其次是将电容器的一些线路调整为滤波器。再次是对电容器的容量加以有效的控制。

3 增装动态无功补偿装置

3.1 无源滤波 (TSF)

无源滤波装置通常就是指一些无源器件所组成的谐波治理和无功补偿的设备, 这些设备一般是几个无源滤波器通过并联的方式组织在一起的。每一个滤波器在某一个频带内或者是两个谐波频率的周围呈现出了低阻抗的特点, 它能够十分有效的对谐波电流进行吸收处理, 这样也就使得电网当中的谐波电流量越来越少, 这样也就可以达到控制谐波数量的目的。此外在这一过程中还要做一定的无功补偿, 这种滤波器使用过程中比较简单也比较方便, 但是它也存在着一定的不足。首先是其只能对几次谐波进行抑制, 同时在某些条件下对谐波会产生一定的放大作用。其次是智能对某些无功加以补偿, 不能保证补偿的准确性。再次是其自身的质量和体积相对较大。

3.2 有源滤波 (APF)

通常, 交流器所产生的高次谐波会伴随着实践的变化而不断的变化, 所以在这一过程中, 我们通常采取的是静止滤波和补偿器全部补偿。采用有源滤波器就可以达到很好的效果, 同时在这一过程中它扮演着大功率波形发生器的角色。其将谐波经过来样、180°移相之后完整的复制, 同时在这一过程中还要将其送到谐波源的如网点位置。复制的谐波和原来的谐波幅值是不同的, 其方向也是完全相反的, 此外在这一过程中其还会随着原谐波的变化而产生一定的改变。这样一来也就使得原来的波形被完全的抵消。有源滤波在运行的过程中主要采用的是模拟及数字逻辑电路, 这样一来就可以对包含一个谐波的电荷进行并联处理。这种有源滤波器在运行中所产生的谐波电流和负荷所产生的谐波电流是完全一致的。其相位则是完全相反的。有源滤波器在运行的过程中可以在电网当中的任意一点进行接入处理, 在测量完全结束之后就可以使得在电网不通畅的关键位置产生谐波畸变。在对有源滤波器的具体规格进行确认的时候, 必须要对补偿电网系统的接线设计图和额定电压、频率以及谐波电流等因素予以充分的了解。

有源滤波器通常由两个部分构成, 一个是指令电流运算电路, 一个是补偿电流发生电路。指令电流运算电路的关键就是要对补偿对象电流的谐波和无功等电流分量进行全面的检验和检测。补偿电流发生电路一般情况下是按照指令电流运算电路所发出的指令信号, 这样一来也就出现了电路运行所需要的补偿电流。zs是交流电源, 而器负载就成为了最为重要的谐波源。APF所检测出的负载电流A的谐波分量相对较小。借助运算输出指令信号, 补偿电流发生电路所产生的补偿电流也逐渐的减小, 这样一来也就使得电源侧的电流谐波得到有效的控制, 甚至只有基波。

按照接入电网的方式, 有滤波器可分为串联有源滤波器和并联有源滤波器, 近年来又设计出串联混合型和计联混合型滤波器。有源滤波器虽然在谐形治理上有其突出特点, 但其有损耗较高, 综合成本比无源滤波器高出很多, 故在大容量的滤波器装置上目前还广泛采用。随着微电子控制器和电子半导体器件的发展, 有源电力滤波器的性价比会越来越高, 因此有源滤波器将是今后谐波抑制装置的主要发展方向。有源滤波与无源滤波相比, 有如下显著的特性:a.可滤之谐波次数高达50次。b.可以选择仅消除谐波操作模式或既消除谐波又进行无功功率补偿的操作模式。

有源滤波器虽然在谐波治理上有很多优点, 但因使用了大量的大功率电力电子器件, 单独使用有源滤波器成本很高。有不少国内的工矿企业原来就安装了大源滤波装置, 只是目前为了少产生和改进现有设备的需要而大量地使用了二极管整流或晶闸管相控整流装置, 使谐波种类更多、谐波量产生得更大, 致使原有的无源滤波装置无法满足新的需要, 而更新选购大容量的有源滤波装置成本又太高。因此, 建议不妨将小容量的有源电力滤波器与原有的无源电力滤波器共同使用, 构成混合电力滤波器。如APF与TSF串联混合使用, 谐波主要由TSF补偿, 而APF的作用是改善TSF的滤波特性, 可抑制电网阻抗对TSF的影响, 并抑制电网与TSF之间可能发生的谐振, 进而提高TSF的性能。在降低滤波器总成本的前提下提高滤波器性能, 无疑是符合我国国情的一种好选择。

结束语

谐波对电路运行的安全性和稳定性会产生非常大的影响, 所以在电力系统运行的过程中, 我们必须要对这一问题加以重视, 同时在这一过程中根据不同的情况还要选择不同的处理方式, 笔者结合自己的实际经验对电力谐波控制的方式进行了简要的分析, 希望能够给电力工作人员提供一些有价值的参考。

参考文献

[1]何娜, 黄丽娜, 武健, 徐殿国.一种新型快速自适应谐波检测算法[J].中国电机工程学报, 2008 (22) .

电力系统谐波及治理本科毕业论文 篇3

目前，谐波与电磁干扰、功率因数降低被列为电力系统的三大公害。因而，了解谐波来源及危害，研究和清除供配电系统中高次谐波的方法，对改于供电质量、确保电力系统安全、经济运行都有着十分重要的意义。

1 谐波的危害

1.1 谐波的来源及危害

在电力系统中，产生谐波的原因、设备是很多的，能够产生谐波的主要来源有以下几个方面：①整流设备、逆变设备、交流调压设备和变频设备。②电网中的变压器群。③较大的单相电力电子装置。④工业用电弧炉。⑤静止补偿装置中的可控电抗器和饱和电抗器。⑥高新技术产品中的元件，如敏感电子器件等等。

由上面的分析可以看出，产生谐波的原因是多方面的。其对公用电网和其他系统的危害大致有以下几个方面：

(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。

(6)谐波会干扰计算机系统等电子设备的正常工作，造成数据丢失或死机。

(7)谐波会影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能，造成噪声干扰和图像紊乱。

1.2 谐波对变压器设备的影响

谐波对变压器设备的影响更大。对于全星形联结的变压器，若绕组中性点接地，而该侧电网中分布电容较大或装有中性点接地的并联电容器组时，可能形成3次谐波谐振，使附加损耗大增，严重影响变压器的可靠性谐波电流同时也使变压器外壳、外层硅钢片和某些紧固件发热，使变压器噪声增大。另一方面，对变压器而言，谐波电流可导致铜损和杂散损失增加，谐波电压则会增加铁损。与纯正基本波运行的正弦电流和电压相较，谐波对变压器的整体影响是温升较高。须注意的是，这些由谐波所引起的额外损失将与电流和频率的平方成比例上升，进而导致变压器的基波负载容量下降，因此，为非线性负载选择正确的变压器额定容量时，应考虑足够的降载因子，以确保变压器温升在允许的范围内；还应注意的是用户由于谐波所造成的额外损失将按所消耗的能量反映在电费上。

2 谐波的治理方法

基于改造谐波源本身的谐波抑制方法一般有以下几种：

2.1 抑制谐波电流的放大

2.1.1 调谐的谐波吸收器

该谐波吸收器是由一个扼流线圈和一个电容器串联组成的谐振电路，并调谐为对某一频率谐波电流具有极小的阻抗。该调谐的谐振电路用于精确地清除配电网络中的主要谐波部分。

2.2.2 非调谐的谐波吸收器

该谐波吸收器是由一个扼流线圈和一个电容器串联组成的谐振电路，并调谐为低于最低次谐波的频率以防止谐振。

2.1.3 加装隔离变压器

均衡的三次谐波电流传回到电源去的问题可以用一台DYN接法的隔离变压器来削弱。

2.2 在谐波源出吸收谐波电流

变压器/逆变器產生的边频带和谐波不能很好地用普通的滤波器滤除，这是因为边频带上的频率是随传动装置的速度而变化的，并且时常很接近于基波频率。有源滤波器借助于两个电流/电压互感器，通过其电子设备记录实际的电流曲线。电流曲线被以平均10kHz的频率来采样。依据采值的大小，通过1GBT桥式电路和注入线圈将一移相180°的电流注入电网，即一个正值被一个负值抵消掉了，从而获得一个纯粹的正弦波。另外改变谐波源的配置或工作方式，也可起到减少谐波的作用，例如具有谐波互补性的装置应集中，非互补性的应分散或分时交替使用等。 2.3 提高谐波检测技术

谐波的检测在谐波治理过程中具有举足轻重的地位，只有不断提高测量技术，改进测量仪器，才能得出更为准确的测量结果，以便及时反映和分析，从而制定出更为合理有效的治理谐波的方法。 3 结语

随着现代信息技术、计算机技术和电子技术的发展，供电质量问题已越来越引起用户和供电部门的重视。研究电力系统中的谐波问题，了解谐波来源及危害，对改善供电质量和确保电力系统安全经济运行有着非常积极的意义。笔者相信，随着时代的进步，人们对谐波的认识将会更加深入，采取的治理方法将更为全面、有效，使电力系统的运行更安全，电能损耗更低，企业经济效益更好。

参考文献

[1] 肖湘宁. 电能质量分析与控制[M]. 北京，中国电力出版社，2004: 164-197.

地理信息系统优秀本科毕业生简历 篇4

姓 名：glzy8.com

性 别：女

出生年月：1986-10-26

民 族：汉族

最高学历：本科

现居住地：河北省-石家庄市

工作年限：应届毕业生

到岗时间：随时

联系电话：0311-86666666

求职意向

应聘类型：全职

应聘职位：软件工程师,信息技术专员,工程与项目实施,系统分析员,其它职位

应聘行业：计算机软件硬件及相关服务（系统、数据服务、维修）,其它行业

期望工作地区：石家庄市,沧州市,北京市,天津市,唐山市

期望月薪：面议

自我评价

英语通过国家四、六级 ；

计算机通过国家一级、二级c。

有扎实的专业基础，能熟练掌握各办公软件及mapgis、arcgis、erdas、cad等gis及遥感处理软件，同时具有一定的地质学基础。

积极乐观、有耐心、适应力强、乐于学习新事物、有进取心、有较强的团队精神；

教育背景

2006-9至 至今学校名称：石家庄经济学院

专业名称：地理信息系统

取得学历：本科

主修课程

遥感图像处理、地质数据处理与计算机成图、地理信息系统设计与应用、空间数据结构、遥感概论、构造地质学、矿床学、地理信息系统、地图学、矿物岩石学、数据库原理及应用、地质与地貌学等

在校获奖情况

2009-7 二等奖学金

2009-7 被评为优秀三好学生

2007-7 二等奖学金

2007-7 被评为优秀团员

在校实践

2007/08 在秦皇岛市抚宁县石门寨镇进行为期三周的野外地质实习

2008/07在河北省井陉县张河湾地区进行野外数字地质填图实习；

2009/06在石家庄经济学院进行mapgis、arcgis、erdas、cad等软件室内实习；

2009年五月开始利用课余时间为一些单位做过二次土地调查图，从而更加熟练了mapgis、cad等软件的操作；

2008/12参加第五届学校科研立项，所申请项目《内蒙古石炭纪花岗岩岩石学特征和成矿关系》被批准为重点项目，并且项目进展顺利。

it技能

计算机通过国家一级、二级c。操作能力：有扎实的专业基础，能熟练掌握各办公软件及mapgis、arcgis、erdas、cad等gis及遥感处理软件

语言技能

外语语种：英语

配电网谐波的治理论文 篇5

摘要：经济的飞速发展带来供电紧张，为解决供电紧张，一方面要建设许多新的电厂和输电线路，另一方面要高效利用现有的电力资源，减少电力损耗。谐波是导致电力损耗增加，供电质量下降的重要因素。本文分析谐波基本性质和测量方法，对配网中谐波的来源和危害进行了详细说明，总结和提出了治理谐波的若干方法。

关键词：电能质量 谐波治理 配电网

供电质量包括系统电压、频率的合格率，峰值、超限电压持续时间、停电时间，以及电网谐波含量等诸多方面。其中，谐波问题一直是主要的电能质量问题。谐波存在于电力系统发、输、配、供、用的各个环节。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电力系统谐波的基本特性和测量

谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率是基波频率的整数倍数。理论上看，非线性负荷是配电网谐波的主要产生因素。非线性负荷吸收电流和外加端电压为非线性关系，这类负荷的电流不是正弦波，且引起电压波形畸变。周期性的畸变波形经过傅立叶级数分解后，那些大于基频的分量被称作谐波。

非线性负荷除了产生基频整次谐波外，还可能产生低于基频的次谐波，或高于基波的非整数倍谐波。电力系统中出现系统短路、开路等事故，而导致系统进入暂态过程引起的谐波，将不归属谐波治理的范畴。 要治理谐波改善供电品质，需要了解谐波类型。谐波按其性质和波动的快慢可分成四类：准稳态谐波、波动谐波、快速变化的谐波和间谐波四类。因其多样性和随机性，在实际工作中，要精确评估谐波量值非常困难，所以在IEC 6100-4-7标准中对前三类谐波进行了规定，推荐采用数理统计的方法对谐波进行测量。兼顾数理统计和数据压缩的需要，标准对测量时段以及通过测量值计算谐波值提出了表1建议。

国标GB/T 14549-1993采用观察期3s有效测量的各次谐波均方根值的95%概率作为评价谐波的标准。为简便实用，将实测值按由大到小的方式排序，在舍去前5%个大值后剩余的最大值，近似作为95%的概率值。

实际工作中，通常采用谐波测试仪来监测和分析谐波。一般来说，将用户接入公用电网的公共连接点作为谐波监测点，测量该点的电压和注入公共电网的电流后，通过对电压和电流的分析，取得谐波测量资料。

相对单点的谐波测量而言，从区域或整个电网角度来看，谐波源的定位和确定谐波模型进而分析它是一个相对复杂的过程。谐波源定位，一般采用功率方向法和瞬时负荷参数分割法。而谐波模型分析的方法一般有三种：非线性时域仿真、非线性和线性频率分析。三种方法的相同点是对电网作适当的线性化处理，只是在处理非线性设备时采取了不同的模拟方式。

2配网中的谐波源

严格意义上讲，电力网络的每个环节，包括发电、输电、配电、用电都可能产生谐波，其中产生谐波最多位于用电环节上。

发电机是由三相绕组组成的，理论上讲，发电机三相绕组必须完全对称，发电机内的铁心也必须完全均匀一致，才不致造成谐波的产生，但受工艺、环境以及制作技术等方面的限制，发电机总会产生少量的谐波。

输电和配电系统中存在大量的电力变压器。因变压器内铁心饱和，磁化曲线的非线特性以及额定工作磁密位于磁化曲线近饱和段上等诸多因素，致使磁化电流呈尖顶形，内含大量奇次谐波。变压器铁心饱和度越高，其工作点偏离线性就越远，产生的谐波电流就越大，严重时三次谐波电流可达额定电流的5%。

用电环节谐波源更多，晶闸管式整流设备、变频装置、充气电光源以及家用电器，都能产生一定量的谐波。

晶闸管整流技术在电力机车、充电装置、开关电源等很多方面被普遍采用。它采用移相原理，从电网吸收的是半周正弦波，而留给电网剩下的半周正弦波，这种半周正弦波分解后能产生大量的谐波。有统计表明，整流设备所产生的谐波占整个谐波的近40%，是最大的谐波源。

变频原理常用于水泵、风机等设备中，变频一般分为两类：交-直-交变频器和交-交变频器。前者将380V 50Hz工频电源经三相桥式可控硅整流，变成直流电压信号，滤波后由大功率晶体开关元件逆变成可变频率的交流信号。后者将固定频率的交流电直接转换成相数一致但频率可调的交流电。两者均采用相位控制技术，所以在变换后会产生含复杂成分(整次或分次)的谐波。因变频装置一般具有较大功率，所以也会对电网造成严重的谐波污染。

充气电光源和家用电器更是常见的谐波源，如荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯应用气体放电原理发光，其伏安特性具有明显的`非线性特征。计算机、电视机、录像机、调光灯具、调温炊具、微波炉等家用电器，因内置调压整流元件，会对电网产生高次奇谐波；电风扇、洗衣机、空调器含小功率电动机，也会产生一定量的谐波。这类设备功率虽小，但数量多，也是电网谐波源中不可忽视的因素。

3谐波在配网中的危害

谐波对于配电系统的影响，表现在对线路上所配置的保护及测量设备的影响。因这些设备一般采用电磁式继电器、感应继电器元件，容易接受谐波干扰而误动和拒动，系统中存在的不明原因的误动和拒动，与谐波不无关系。所以谐波超标，会严重威胁配电系统的安全稳定运行。

谐波会大大增加电力变压器的铜损和铁损，降低变压器有效出力，谐波导致的噪声，会使变电所的噪声污染指数超标，影响工作人员的身心健康。对于电力电容器，谐波会导致端电压升高，损耗加大，电容器发热，加速老化，从而缩短使用寿命。

配网中使用大量异步电动机，产生的谐波会增加附加损耗。负序谐波产生的负序旋转磁场，会产生制动力矩，影响电动机的有功出力。对断路器而言，无论其构成元件为电磁的、还是热磁的、亦或电子的，都可能受谐波的影响误动。

电能表是评价电能消耗重要而基本的测量工具，是用户缴费的凭证，而谐波可能使电能计量产生较大误差，严重时会导致计量混乱。同样，谐波也是引起录波装置误启动，保护误动和拒动的重要因素。

此外，谐波会通过静电感应、电磁感应以及传导等多种方式耦合进通讯系统，影响它们的正常运行。对于人体，谐波会刺激人体细胞，使正常的细胞膜电位发生快速波动或可逆的翻转，当这种波动或翻转频率接近谐波频率时，会影响人体大脑与心脏。

4配电网谐波治理的对策

既然谐波存在多方面的危害，采取必要的有效手段，避免或补偿已产生的谐波，就显得尤为重要。可归纳以下治理措施：

(1)加强标准和相应规范的宣传贯彻。IEC 6100以及国标GB/T 14549-1993，对于谐波定义、测量等进行了宣传，明确谐波治理是一项互惠互利、节能增效，是保证电网和设备安全稳定运行的举措；

(2)主管部门对所辖电网进行系统分析，正确测量，以确定谐波源位置和产生的原因，为谐波治理准备充分的原始材料；在谐波产生起伏较大的地方，可设置长期观察点，收集可靠的数据。对电力用户而言，可以监督供电部门提供的电力是否满足要求；对于供电部门而言，可以评估电力用户的用电设备是否产生了超标的谐波污染。

(3)针对谐波的产生和传播的特点，采取相应的隔离、补偿和减小措施。在配电网中，主要存在的是三次谐波污染，可以在谐波检测的基础上，通过适当加装滤波设备来减小谐波注入电网。对于各种电气设备的设计者，在设计初始，就要考虑其设备的谐波污染度，将谐波限制在标准允许的范围内。

(4) 加强管理，多方出资，共同治理。谐波的治理，需要大量的投资，不能仅仅靠供电部门，要调动电力供需环节中的各个方面，在分清谐波来源基础上，走共同治理之路。

5结论

电力系统谐波检测与治理 篇6

1 谐波危害

1.1 谐波对供配电线路产生的危害

电力系统中存在的谐波能使电网的电流与电压发生变化。例如:引起荧光灯、计算机和调光灯等相关设备的负载。民用配电系统中的中性线会产生大量的奇次谐波,其中,3次谐波的含量高达40 %。在三相配电线路中,相线上3的整数倍谐波在中性线上会产生叠加,导致中性线上的电流值存在超过相线上电流的可能[1]。此外,相同频率的谐波电流与谐波电压也会产生同次谐波的有功功率以及无功功率,从而导致电网电压降低,浪费电网容量。

1.2 谐波对电力设备的危害

(1)电容器的谐波危害。

当谐波作用于电网时,电容器两端电压增加,此时电容中的电流随之增强,造成电容器的功率损耗增加[2]。例如,膜纸介质电容的谐波损耗功率为0,而谐波损耗为其功率的1.5倍。当谐波量较大并超过电容的最大允许量时,电流所造成的损耗则高于功率的1.5倍,电容温度也会增高,而电容的绝缘介质将加速老化。特别将电容器放进原本就已产生形变的电网中时,还会造成谐波的扩大。此外,因谐波的存在,电压也会产生较大波动,时而产生尖顶波形,这种波形通常会导致局部放电,进而使温度升高造成绝缘介质加速老化,电容寿命大幅下降。

(2)对电缆的危害。

电缆的电阻、系统母线以及线路感抗与系统是串联的,提高功率因数所使用的线路容抗与电容器和系统并联,在一定数值的电容与电感皆有发生谐振的可能。另外,由于谐波次数上升的频率较高,同时电缆导体的截面面积越大,趋肤效应则越明显,进而使得导体的交流电阻增大,导致电缆允许通过的电流变小。

(3)对低压开关设备的危害。

对于配电用断路器而言,热磁型的断路器由于导体的铁耗增加引起发热,会使脱扣电流与额定电流降低。全电磁型的断路器易受谐波电流的影响使铁耗增加而导致发热,同时会使脱扣困难,主要原因是由于涡流与对电磁铁的影响,而且谐波的次数越高,影响越大。电子型的断路器,谐波的出现也将使其额定电流降低,尤其是检测峰值的电子断路器,其额定电流降低的更多。因此,对于上述3种配电断路器均可能由于谐波的存在而产生误动作。

2 检测谐波的方法

2.1 造价相对高昂的模拟电路检测法

该检测方法在国内被广泛地应用,但缺点是造价较高,且对频率及温度的反应较为敏感,容易造成较大误差,其误差将对质量产生影响。近年来正在进行研究的人工神经网络相对于模拟电路虽有较大优势,但其硬件实现仍存在困难。

2.2 比较常用的傅里叶变换

根据国内电力系统谐波现状的分析比较,现阶段主要采用傅里叶转换方法进行检测,该方法主要适用于数字领域。缺点是进行采样的信号长度具有一定限制,会导致对无限长度的信号无法进行采样。

2.3 广泛应用的小波变换检测

小波变换法相对于以上两种方法应用的更为广泛,其是在语音识别与合成、信号分析、图像处理与分析以及自动控制等领域均得到了应用。该方法根据谐波的特点,制定了多种检测的方式,小波变换弥补了上述提到的傅里叶变化无法检测小波变换的不足,该方法可通过对谐波进行离散采样,然后利用小波变换的特点对采集到的数字信号进行处理,以确保实验检测的精准度。小波变换的优势明显,可实现自动调焦的功能,同时也可避免微小波动所带来的影响,还可追踪一些较为复杂的信号。因此,小波变换检测在应用领域得到了广泛认可。

3 电力系统中谐波的治理方法

供电企业对电力系统谐波的处理刻不容缓。治理好谐波不仅能抑制和治理谐波污染,还可提高企业的供电质量[3]。通常电网谐波来自3个方面:(1)输送电力的系统产生谐波。(2)发电源质量低产生谐波。(3)用电设备产生的谐波。在这3者中,用电设备产生的谐波较多。谐波需要一个综合的治理过程,首先需要在源头抓起,注重加强设备管理,以防谐波的出现;其次需要各方提高对谐波危害的认识,要积极进行谐波的治理,以防止产生灾害。

3.1 谐波的治理需从提高电能质量抓起

一方面要完善对现阶段已有谐波源用户设备了解,加强谐波治理的宣传工作,使用户主动进行整治。对于不合格者,应限期整治,对于未按时完成整治的则停止供电。对于新建或扩容的非线性用户在申请用电以及进行规划设计时,要求其相关设备必须按照用电管理部门的相关规定进行配备,务必达到相关设备的参数要求和运行特点。在用户接电使用前,需保证消谐波装置达到使用标准,并经检测后才可进行供电。另外要选择合理的变压器、电动机和电抗器等相关设备,保证其接近满负荷运行,尽可能使感应电动机同步运行、限制用电设备空载运行,使得电动机软启动而非直接启动,且要使电抗器不饱和运行,在源头上防止谐波的产生并进行及时处理。

3.2 加装设备有效抑制和治理谐波污染

(1)采用无源、有源滤波装置,充分抑制非线性负载产生的谐波,消除由此而产生的谐波污染。无源滤波器是利用电感、电容谐振的相关原理进行“吸收”及“阻止”谐波,限制谐波进入公用电网,以确保低水平的电压畸变率。按照接线的方式无源滤波器可分为并联滤波、串联滤波以及低通滤波。并联滤波既能滤除多次谐波,又可对系统进行无功补偿。串联接入的滤波器主要是滤除3 N次谐波,又称为零序性质的谐波。低通滤波器主要是治理高次谐波。在电源接入端测量出存在谐波污染时,可安装阻波线圈拒绝其产生,在有限制的情况下可使用并联电容器的方法将谐波揽入“怀中”,防止其扩散产生威胁。有源滤波器的本质是一个功率较大的谐波产生器,会通过谐波采样装置将其源头发出的谐波进行采集,随后完整地将其进行复制,再将相关谐波反方向接入到谐波源头的入网点,用以产生与原谐波方向相反、大小相等的谐波,起到与原谐波相互抵消的作用。该大功率谐波器产生的谐波会跟随污染源的变化而相应变化,其接入方式也有串联有源滤波器和并联有源滤波器之分,是一种新型的滤波装置,功耗、费用较高,但效果较好。

(2)利用无功补偿进行谐波的治理,主要有集中和就地无功补偿两种。并联电容器组虽能有效的调节波动电压以及提高功率因数,但在某些情况下,当参数不符合条件时,会产生谐波放大作用,必须进行避免。改变与电容器串联的阻流电抗器参数、减少补偿电容器投入数量或增加补偿网络以及将电容器组的某一支路改变成滤波器等等,均可有效消除并联电容器对谐波的放大现象。

(3)采用静止调相机、动态电压恢复器、固态电子转换开关和不间断稳压电源等相关装置,用以调节电压和系统功率因数、补偿电源电压闪变和波动、克服传统机械开关反应慢等弊端,保证对重要客户的可靠供电,消除对电网造成的谐波污染[4]。

4 结束语

合理应用电能质量测试仪能够大幅提高电能质量的检测及治理水平。同时还可建立先进可靠的电能质量检测网络,及时反映和分析电网的电能质量水平,找出电网中造成电能质量低下的谐波相关源头和故障原因。采取相应的治理措施,保证电网稳定、安全并经济的运行,促进整个电力系统的稳步发展。

摘要：随着电力应用技术的不断提高,电力谐波问题也受到了业内用户的广泛关注,尤其是谐波所产生的危害。如何加强谐波电流的检测、消除和管理工作就成为了全面提高电网服务质量的重点。文中从谐波所产生的危害入手,阐述了谐波检测的方法,并提出了消除和治理电力谐波危害的方法,效果理想。

关键词：电力系统,谐波电流,电网检测

参考文献

[1]吕润馀.电力系统高次谐波[M].北京:中国电力出版社,1998.

[2]陈伟华.电磁兼容实用手册[M].北京:机械工业出版社,1998.

[3]赵军军.一种新的电网谐波检测系统[J].电子科技,1998(2):53-55.

电力系统谐波及治理本科毕业论文 篇7

【关键词】变电系统；谐波；危害；问题；治理；分析

0.前言

为了适应电力事业的发展，便于管理，电网中的各项设备也逐渐增多。良好的电力供应系统，其提供的电压具有正弦波形，但是电网在实际的运行中会受到某些因素的干扰，出现波形偏离的状况，该现象即为谐波。其出现的根本原因与电网的发展有紧密的联系。现代电网中设置了较多的非线性阻抗特性的电气设备，在供电运行时，即造成了谐波的出现。现代我国工业用电中的谐波一般为50赫兹，而供电系统中的谐波一般是指高次谐波，其会直接引起供电系统的电力或者电力波形出现异常变化，降低供电质量。

1.变电系统谐波的概况

现代电网系统的不断发展，对电网管理也有了更多更高的要求，电子技术的发展，研制出了各种电子设备，有效的提高了电能的利用率，但是该类电力电子设备中也包括直流输电用的换流器、电弧炼钢炉、变频器、可控硅整流设备、调压设备等。上述设备均为非线性负荷型的设备，其会直接导致电压或者电流的波形出现异常变化，即为谐波。电网会受到该类谐波的干扰，因此上述设备则是谐波源。谐波污染的范围随着非线性负荷型设备的广泛使用而广泛的存在于电网中，影响了电网的整体运行性能。因此对其进行研究，并探索治理措施是十分有必要的[1]。

2.谐波的危害

电力谐波的危害主要表现在以下几个方面：①谐波能够影响继电保护装置的判断，影响到其正常工作，甚至导致自动装置的拒动或者误动，降低电力系统运行的安全性；②变压器、旋转电机或者其他设备也会受到谐波的影响，增加该类设备的附加损耗，设备运行时温度会升高，而出现绝缘迅速老化现象，减少设备的使用寿命；③谐波能够利用电容调和及电磁感应对于其周围的通讯设备产生干扰，使之无法正常通信；④在电力系统中常用的感应式电能表会由于谐波的影响，计量的准确度降低，加深误差程度；⑤谐波会导致某些新型的设备无法正常运行，而阻碍先进技术的推广应用。

3.谐波治理措施

电网的发展，为了对电网进行更好的管理，各项电子设备的数量不断提高，其带来的谐污染也逐渐严重。现代对于谐波的治理一般使用两种措施，一种是主动方式，即选择脉冲调制方法，包括宽脉冲调制 PwM，正弦脉冲调等，并配合电力电子设备的关断特性，将电子装置进行适当改良，优化性能，减少或者消除该类设备在运行的过程中出现的谐波。另外一种是被动方式，即在电网中添加补偿装置，该类装置的作用在于其能够将谐波吸收，或者对于的传播起到限制作用，且具有适用性强的特点。由于电子装置在完成工作任务的过程中，其本身的性能已经被限定，对其进行改造的空间较小，现代常用是方式即为被动型方式，将其中加入谐波补偿装置，因此对其的研究时十分有必要的。在进行谐波补偿时需要使用的滤波器根据类型的不同，又可以分为无源交流滤波和有源交流滤波器，具体内容如下：

3.1无源交流滤波

3.1.1无源滤波器由电容器概况

无源滤波器的主要构成部分包括电容器、电抗器及由电阻构成的谐振装置，其优点在于结构较为简单，可靠性强，日常维护是也较为便捷。其与产生谐波的设备进行并联，一般造成谐波污染的设备并不单一，滤波装置中需要包括数量不等的单调谐滤波器和高通滤波器，其中一组单调滤波器的谐振频率即能够治理一种相应的谐波频率，合理选择滤波装置的各项参数达到治理谐波的效果[2]。

3.1.2无源交流滤波参数选择原则

在无源交流滤波使用的过程中需要合理设置相关参数，保障其治理谐波的效果，主要遵循以下几个原则：①避免无源滤波器与系统连接后出现串联谐振；②应保障装置与谐波源不会产生并联谐振；③录播组需要具有较强的无功补偿容量；④如果电源频率出现波动，但是保持在一定范围内，滤波器依然可以保持正常的运行。

3.2有源交流滤波器

3.2.1有源交流滤波器概况

以往在谐波补偿装置的使用上，一般应用无源滤波器，但是因为无源滤波器存在较多固有缺陷，如体积较大，滤波效果也不甚理想，而现代科技的发展，有源电力滤波器的出现，为谐波的治理提供了新的思路，在现代电网中得到了较多的应用与发展。电力有源滤波器能够有效的进行谐波的动态抑制，并能够实施无功补偿。其由电力电子元件构成，其利用谐波及无功能够迅速的对谐波进行实时测量，掌握谐波的变化动态，并及时进行跟踪补偿，还可以电力技术实施实时补偿[3]。能够有效地治理谐波污染，相较无源滤波器，其效果更好，且不容易受到系统阻抗的干扰，但是其也存在一些固有的缺陷和不足之处，包括投入成本较高、单一设备的补偿容量较低、高次谐波的治理效果不佳等。

3.2.2有源交流滤波器基本原理及分类

有源滤波器的基本工作原理是，先对无功补偿的对象进行全面的检测，包括电流及电压等，通过谐波和无功电流检测电路后，计算得出补偿电流的指令信号。补偿电流出现的线路会将该指令信号放大，因此获得补偿电流，其可以有效的抵消负载电流中需要补偿的谐波及无功等电流，从而获得理想的电源电流。根据其各种不同性质，有源滤波器基本可以分为电压型有源交流滤波器利电流型有源交流滤波器；而根据实施无功补偿对象的不同，又可以分为并联型有源交流滤波器及串联型有源交流滤波器，其中并联型有源交流滤波器的应用较为广泛[4]。

3.2.3快速发展的原因

有源滤波在现代电力事业中的应用逐步扩大，其能够得到迅速发展的原因包括以下两点：①瞬时无功功率理论。瞬时无功功率理论的出现，三相系统中对于畸变电流进行实时检测，需以瞬时无功功率理论作为其理论依据；②大功率可关断器件。现代科学技术的进步，使得大功率可关断器件得到了较为深入的研究，其应用也逐渐广泛，其种类较为丰富，包括大功率门极可关断晶闸管、场控晶闸管、绝缘栅双极晶体管等，其能够促使逆变器产生的电压或者电流功率更大。

3.3发展趋势

现代电网的发展，对于谐波治理的要求更高，但是新型的电力有源滤波器存在一定的缺陷，包括经济成本投入较大、单机的补偿容量有效等，因此可以将电力有源滤波器与无源滤波器有机结合，发挥出二者各自的优势，进行谐波的治理。在治理的过程中，二者的作用也有所区别，无源电力滤波器的主要作用是滤除谐波电流，有源滤波器的作用则是强化谐波滤除的效果，并避免出现串联谐振的问题。该系统相较两种单独的滤波装置，很好的弥补了其不足之处，成为今后谐波治理的有效方式及发展趋势。

4.总结

现代电网的发展给人们的生活带来了方便，也促进了社会经济的发展。各项设备的出现及应用也为电网的管理及运行提供了可靠的保障。但是在另一方面，其也带来了许多问题，其中电力谐波即为比较严重的问题，其直接的影响到供电质量，因此需要对电力谐波采取措施进行治理。本文仅从一般的角度分析了谐波的基本情况及危害，并提出了几点治理意见，在电网的实际管理中，还需要管理人员全面掌握电网的构成、特点、规模、所设置的设备等，探索出适合实际情况的治理措施，提高供电质量、用电的安全性及稳定性，保障人们的生活质量，促进社会的发展。 [科]

【参考文献】

[1]黄虬，蒋李洋，庄浩俊，周文俊.电力系统谐波污染危害及综合治理[J].科技资讯，2009（29）：248.

[2]刘自清.试论电力系统的谐波及其抑制措施[J].黑龙江科技信息，2010（34）：11.

[3]逯少森.胜利油田电网谐波现状调查分析与治理[J].胜利油田职工大学学报，2009，23（01）：77-78.

电力系统谐波及治理本科毕业论文 篇8

【关键词】配电系统 谐波治理 无功补偿优化设计

电力系统具备稳定的储备和有功、无功容量，才能维持系统良性运行，在额定电压和频率之间向用户提供电能。随着电力系统不断扩大规模，用电设备的增加给配电侧电能质量带来很多问题，如10KV配电线路由于使用年限过长而导致的线损情况、配套变电站由于从建设到运行后，数量逐渐变少的问题，部分线路的输送距离超出配电线路的最大负荷容量的问题，线路的末端电压增加的问题等。对于10KV配电网电能质量，改善配电网的谐波问题、进行无功补偿设计优化已经成为迫在眉睫的课题。

一、无功补偿的工作原理

阻感性负载是电力系统的重要组成，多见于厂房中的变压器、电抗器、民用设施中的电冰箱、空调等，这些电器设备的等效电路如图所示：

图（a）中，电流iRL 表示流经R-L串联电路的电流；，电流ic表示流经并联电容补偿器的电流。i表示电路的总电流，端口电压为u，从补偿的结果看，电压并联电容补偿功率分为欠补偿和过补偿两类。

过补偿带来的负面效应包括电容器损耗增加、线损，调节好电容器的电容补偿量就能避免补偿现象的发生。

二、无功补偿的方法

就地补偿比较适合低压配电网及设备，通过改善供电功率因数和电压质量来提高用电设备的工作质量。例如将电容器组装在电动机等设备附近，进行补偿装置的方式在配电网中目前是被一致认可并且广泛使用的。

第一，将电容器分开安装在配电木线上，由于其功率因数比较低，可以减少线损，提高终端变电所的供电质量，对低压母线等的补偿是比较有效的。

第二，将电容器组装在六至十KV母线上，以获得较高的功率因数。这种集中补偿能够保持较为平衡的无功功率。该方法可以补偿较大宽度的调节尺度和补偿容量，并且同样可以减少线损和提高功率因数。

第三，在对10KV 配电网进行无功补偿时，首先应该根据电网的实际情况来进行无功补偿方式的选择，要综合考虑无功补偿的特性、技术等。无功补偿装置对重要配电网的无功补偿方式可采用干式自愈型并联电容器，这种无功优化配置的原则，是最大程度地减小无功功率传输，特别是避免远距离传输[1]。

三、谐波的危害

谐波电流对电路的损耗是随着些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。

四、谐波治理对策

受端治理是谐波治理对策之一，常用的治理方法包括：?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。?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。?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。

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：?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，例如如换流变压器等。?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。?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谢波源，将电流增加的矩形波形上，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。

被动治理的方法是使用外加滤波器阻碍电力系统的谐波流入负载端，以達到阻碍谐波的产生的目的，主要的治理方法包括：?采用谐波附近的滤波器来吸收谐波电流，同时运用无功功率补偿的方式来进行补充处理。?采用并联或者串联型APF的有源滤波器来达到补偿和隔离谐波的目的。?采用混合型有缘滤波器可以形成低阻抗支路来阻抗分流回路，减小谐波电流流向电网。

五、实例分析

以某电力公司10KV线路为例，该配电网线路长度14公里，主要工业负荷为洗煤厂、石料厂等。该配电线路中导线型号为LGJ-70，没有安装无功补偿装置。该电力公司10KV配电网存在的问题包括：?线路长、负荷重；?线路末端电压低、昼夜变化大；?线损严重，谐波严重，公路因数偏低；④电容损伤严重。在对该10KV侧电压谐波等进行测量后，得出的结论是：侧电压谐波畸变率超过国际标准限值，电压偏差过大，谐波较大。

谐波治理和无功补偿优化设计方案：针对上述问题，有三种备选方案可供选择。一是采用电压器调节电压的方法；二是安装串联电容器调整电压；三是采用滤波器来调增无功电压。对该10KV 配电线路进行实地考察和综合分析后，结合线路上谐波源众多、容量大、谐波叠加情况较重等情况，决定采用滤波补偿装置的方式比较适合。通过滤波装置可以改善线路的电压波动，尤其是针对其昼夜电压变化大的情况，能够有效地取出电网谐波。同时改善电压质量，降低线损，补偿无功，提高线路功率因数。

滤波器装置的保护方式包括速断、过流、过电压保护等[2]。该10KV线路1号安装点设置在距离电源点的14公里处，2号安装点设置在距离电源点8公里处，1号安装点设备投入运行后，补偿的无功电流为114A，提高的电压为0.54KV，2号安装点设备投入运行后，补偿的无功电流为67A，提高的电压为0.2KV.两套设备使得末端电压的总体高数为0.74KV，有效地改善了末端电压较低的问题。

1号安装点在进行无功补偿后功率因数为0.95，每度电大约0.5元，按照线路公里14公里计算，每年节能损耗74万元。2号安装点功率因数在补偿后为0.96，按照线路8公里计算，每度电0.5元，每年节约电能24万元。两套无功补偿装置在节能方面可以节省98万元，大大提高了经济效益。

结语：

10KV 配电网的无功补偿和谐波治理设计及方法有很多，需要根据具体的配电网的情况，在无功补偿原理、方法，谐波问题造成的问题以及处理对策进行详细的测量、研究和讨论方可定论。本文所举10KV配电网线路的无功补偿和谐波处理的优化设计方案的实施和效果，在实际运行后证明了该方案下的无功补偿和谐波治理方案，对于提高该配电网的电能质量、电力系统经济效益方面，都具有很高的应用价值。

【参考文献】

[1]张超.变电站谐波治理及无功补偿的应用[J].城市建设理论研究，2014，（14）.

浅谈电力系统谐波危害和治理 篇9

1 谐波的含义

要治理谐波在电力系统中的危害, 首先要了解什么是谐波。在电气学中所谓的谐波称为电网谐波, 就是电网正弦电压波形畸变后, 其波形可以按傅立叶级数进行分解, 除了50HZ的基波之外, 还有一系列频率为基波频率整数倍的正 (余) 弦波, 这些正 (余) 弦波称之为谐波。

2 电力系统谐波的危害

2.1 谐波会使电网中的电力设备产生附加的损耗, 降低发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热, 严重的甚至可能引发火灾。

2.2 谐波会影响电气设备的正常工作, 变压器局部严重过热, 附加损耗增加

2.3 谐波会加速电容器的老化、使电容器的损耗系统增大, 附加损耗增加, 从而缩短电容器的使用寿命。

2.4 谐波会引起电网谐振, 可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍, 会对系统构成重大威胁, 特别是对电容器和与之串联的电抗器, 电网谐振常会使之烧毁。

2.5 谐波会导致继电保护和自动装置误动或拒动, 造成不必要的供电中断和损失。

2.6 谐波会使电气测量仪表计量不准确, 造成计量误差, 给供电部门或电力用户带来直接的经济损失。

2.7 谐波会对设备附近的通信系统产生干扰, 轻则产生噪声, 降低通信质量;重则导致信息丢失, 使通信系统无法正常工作。

2.8 谐波会对人体有影响。

2.9 谐波会影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能, 造成噪声干扰和图像紊乱。

2.1 0 电机中有谐波电流, 当频率接近某个零件中的固有频率时, 使电机产生机械振动并发出很大的噪声。

3 电力系统谐波的产生

谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致, 当电流流经负载时, 与所加的电压不呈线性关系, 就形成非正弦电流, 从而产生谐振动波。电网谐振动波主要来源于以下几个方面:

3.1 发电源质量不高产生谐波。

3.2 输电网产生谐波。

3.3 用电设备产生的谐波。其中以电气设备产生的谐波最多。

4 抑制谐波的方法

为了产少谐波的危害, 根据谐波的来源, 抑制谐波的方法大致可以从以下三个方面考虑:

4.1 确保电源的质量。从发电机本身来说, 产生谐波是很少的, 这主要就是要从管理上保证发配电的质量, 尤其是对于自发电设备的企业, 要制定相应的措施予以保证。

4.2 减少输电网谐波的产生与磁辐射如尽可能采用高压直流输电;低压供电尽可能采用地下电缆;高层建筑内部的供电线应用铁管来防止磁辐射, 还应做好大楼建筑的接地系统的设计与实施安装。

4.3 限制用电负荷产生的谐波, 用电负荷是电网谐波的最主要的来源。首先要求用户对电网电压的畸变率与谐波电流的限制要做到符合国家要求。

5 电力系统谐波治理

谐波治理按“谁干扰, 谁污染, 谁治理”的原则, 进行谐波源当地治理。即对于产生大量谐波的用户, 在用户变的低压侧加装滤波装置。根据装置的原理不同, 可分为无源电力滤波器 (PPF) 和有源电力滤波器 (APF) 。

无源电力滤波器利用电容、电感谐振的原理“吸收”阻止相应次谐波, 从而保证电压畸变率处在较低水平。一般根据需要吸收的谐波次数, 设置合适的LC参数, 分别设置滤波装置。

而有源电力滤波器实质上是一个大功率的谐波发生器, 它通过谐波采样装置将谐波源发出的谐波采集后, 再完整地复制出大小相等、方向相反的谐波, 并接入电网, 将谐波抵消, 其产生的谐波随谐波源的变化而变化, 是一种新型的滤波装置, 但费用较高。

重点介绍一下APF抑制谐波, 谐波源的谐波信号总是快速变化的。即谐波次数的多少和含量的大小, 都随着负载或系统的变化而改变。根据傅立叶级数展开分析可知, 消除谐波电流含量, 必须使谐波幅值为零。如图1所示, 为达到消除指定谐波和控制基波幅值的目的, 可以通过检测电网电压 (电流) , 将获得的电源电压 (电流) 信号与标准信号进行比较, 生成需要补偿的指令信号, 产生需要的补偿电压 (电流) , 叠加到电网中去抑制, 自动跟踪实时补偿, 从而改善电源质量。

除此以外还可以通过改造谐波源本身的方法抑制谐波, 如增加整流变压器二次侧整流的相数, 改变整流变压器接线方式, 选用高功率因数的整流器等都可以抑制谐波。当然, 除了基于改造谐波源本身的谐波抑制方法, 还有基于谐波补偿装置功能的谐波抑制方法, 它包括加装无源滤波器、加装有源滤波器、装设静止无功补偿装置 (SVC) 等等。

6 结论

随着现代信息技术, 计算机技术和电子技术的发展, 电能质量问题已越来越引起用户和供电部门的重视。应用先进的电能质量测试仪器不仅能大大提高电能质量的监测与治理水平, 同时还可建立先进可靠的电能质量监测网络, 及时分析和反映电网的电能质量水平, 找出电网中造成电能质量谐波及故障的原因, 采取相应的措施, 为保证电网的安全、稳定、经济运行提供重要的保障。

摘要：电力系统谐波危害已经引起了各个部门的关注, 为了保证电力系统的供电质量, 必须对谐波进行有效的治理。

关键词：电力谐波,危害,治理

参考文献

[1]电能质量-公用电网谐波GB/T14549-93.

[2]吕润馀.电力系统高次谐波[M].北京:中国电力出版社, 1998.

谐波管理及谐波治理探讨 篇10

非线性负载是谐波产生的根本因素, 电流经过负载时, 和所加的电压没有呈线性关系, 形成了非正弦电流, 谐波由此产生[1]。谐波属于正弦波, 各个谐波的频率、幅度和相角均不相同。谐波有偶次性与奇次性之分, 编号为3、5、7的是奇次谐波, 编号为2、4、6、8的是偶次谐波。通常情况下, 偶次谐波所引起的危害远不如奇次谐波的多与大。在平衡三相系统中, 因为对称关系, 偶次谐波基本被消除完, 仅剩奇次谐波。

2 谐波产生带来的的危害

理想中的电压, 其频率是单一且固定的, 电压幅值是规定的。但在实际的电压中, 若一用户设备产生谐波电流, 就会对电网造成污染。这种污染不仅会恶化本身设备所处的环境, 还会给附近用户及公共电网设备也带来较大的危害, 具体主要有以下几方面的危害。

2.1 降低电网设备的效率

谐波会让电网中的元件产生额外的谐波损耗, 进而使发电、输电、用电设备的效率都大大降低, 如电流谐波会使电动机的铜耗大大增加, 当有较多的3次谐波流经中性线时, 线理路会因为太热而导致火灾发生。

2.2 减少设备的使用寿命

谐波会对电气设备的正常运行造成一定程度的影响, 如谐波会使电机产生额外的损耗, 使电机产生噪声、机械振动等不良现象, 此外, 还会容易引起电缆、电容器等设备过热, 进而使设备出现老化、寿命缩短等缺陷, 甚至使设备损坏。

2.3 增加事故发生的可能性

谐波极易引起公用电网产生并联谐振与串联谐振, 进而使谐波放大, 最终使电网设备的效率与使用寿命都大大降1谐波的概念

非线性负载是谐波产生的根本因素, 电流经过负载时, 和所加的电压没有呈线性关系, 形成了非正弦电流, 谐波由此产生。谐波属于正弦波, 各个谐波的频率、幅度和相角均不相同。谐波有偶次性与奇次性之分, 编号为3、5、7的是奇次谐波, 编号为2、4、6、8的是偶次谐波。通常情况下, 偶次谐波所引起的危害远不如奇次谐波的多与大。在平衡三相系统中, 因为对称关系, 偶次谐波基本被消除完, 仅剩奇次谐波。

3 谐波产生带来的的危害

理想中的电压, 其频率是单一且固定的, 电压幅值是规定的。但在实际的电压中, 若一用户设备产生谐波电流, 就会对电网造成污染。这种污染不仅会恶化本身设备所处的环境, 还会给附近用户及公共电网设备也带来较大的危害, 具体主要有以下几方面的危害。

3.1 降低电网设备的效率

谐波会让电网中的元件产生额外的谐波损耗, 进而使发电、输电、用电设备的效率都大大降低, 如电流谐波会使电动机的铜耗大大增加, 当有较多的3次谐波流经中性线时, 线理路会因为太热而导致火灾发生。

3.2 减少设备的使用寿命

谐波会对电气设备的正常运行造成一定程度的影响, 如谐波会使电机产生额外的损耗, 使电机产生噪声、机械振动等不良现象, 此外, 还会容易引起电缆、电容器等设备过热, 进而使设备出现老化、寿命缩短等缺陷, 甚至使设备损坏。

3.3 增加事故发生的可能性

谐波极易引起公用电网产生并联谐振与串联谐振, 进而使谐波放大, 最终使电网设备的效率与使用寿命都大大降低, 甚至发生安全事故。

3.4 影响设备的正常使用

谐波会对计算机系统的正常工作造成干扰, 进而使电子线路设备的工作状态极不稳定, 严重者甚至会导致设备不能正常运行, 最终无法正常使用。

3.5 影响测量仪表的准确性

谐波会引发继电、自动装置误动作, 甚至会影响电气测量仪表的准确性。

此外, 由于电力系统中普遍存在谐波电流, 因此谐波电流所引发的电气设备故障、受电设备故障不断增多, 这些潜在危害极易引发事故, 造成不必要的经济损失, 据相关资料显示, 谐波是当前影响电网正常运行的重要因素, 相关部门或单位应引起重视, 加强谐波的治理与管理, 维护电网的正常运行。

4 谐波当前的治理情况分析

4.1 客户未能充分认识谐波污染问题

根据我国在1993年颁布的《电能质量公用电网谐波》, 接入公共连接点的谐波电流允许值用户, 须进行电力谐波滤波器的安装, 以便对注入公用电网的谐波起到限制作用, 此外, 相关文件也规定:电网公共连接点的电压正弦波畸变率与用户的注入电网谐波电流均不得大于国家标准的规定, 当用户的非线性阻抗特性用电设备接入电网所产生的谐波电流与引起公共连接点电压正弦波畸变超出有关标准时, 用户一定要采取相应措施治理, 如若不然, 供电企业有权利停止对用户的供电。然而在现实中, 许多用户未能对此形成正确的认识, 使谐波治理工作被如认为是供电部门单方面的工作, 结果导致许多用户端的谐波问题都得不到有效控制, 如供电部门要求对客户端数据进行监测时, 客户往往不予以支持和配合。

4.2 技术条件较差

谐波治理工作的专业性较强, 必须有足够的技术条件才能对其进行有效的监测、分析与治理。但在实际的工作中, 在供电部门, 特别是许多基层供电单位, 专业人才非常缺乏, 结果严重影响了治理工作的顺利进行。

4.3 管理机制不完善

虽然我国对谐波治理有规定的治理依据—谁污染、谁治理, 但在实际的工作中, 由于管理机制的不完善, 供电部门并不能对所有用户实施谐波管理, 而是仅能对那些有意愿的用户采取治理措施, 结果使得用户端的谐波管理非常被动。与此同时, 因为谐波治理需要大笔的资金投入, 这在一定程度上使谐波治理陷入了一个困境, 所以在当前的谐波治理工作中, 尽管许多电网用户存在谐波源, 但得到真正治理的用户却非常少。

5 做好谐波治理工作的措施

谐波治理工作的系统性较强, 需要供电部门、设备制造商、用户的多方合作才可完成。为了有效完成谐波治理工作, 可以采取以下措施来完成。

5.1 管理方面的措施

5.1.1 对谐波管理工作进行常态化管理

为了有效完成谐波的管理工作, 供电部门应该对谐波管理工作进行常态化管理, 如可制定《客户端谐波管理办法》, 以文件形式确定谐波管理的方式、标准与目标等内容, 为谐波管理提供制度保障。

5.1.2 制定相应的设备准入制度

随着市场经济的快速发展, 生产电气设备的厂家不断增多, 随之而来的问题是:生产的设备质量问题也层出不从。针对这种现象, 必须有相应的设备准入制度, 以保证电气设备的质量。

5.1.3 与客户形成良好的合作关系

在谐波治理的过程中, 用户是进行治理工作的基础, 是治理工作得以顺利进行的重要条件。因此, 必须加大力度向用户宣传谐波的危害, 取得更多用户的支持与配合。宣传的方式有很多, 如举办讲座、走访用户等。通过宣传, 让用户对电力系统及电能质量问题有更深刻的认识, 从而有利于与客户形成良好的合作关系。

5.1.4 注重对谐波治理队伍的建设

谐波的产生极具复杂多样性, 且谐波还具有较强的专业性与技术性, 所以, 必须注重对谐波治理队伍的建设, 成立一支专业的谐波治理队伍, 对客户端谐波进行监测、分析、治理。若是没有成立专业的治理队伍, 也可通过和社会上技术力量较强的专业机构合作, 来完成对谐波的治理。

5.2 技术方面的措施

5.2.1 对整流设备的换流装置进行改造

在对整流设备的换流装置进行改造时, 可通过多种形式进行, 如选择特色的接线方式、增加换流器的相数等, 以达到消除低次谐波的目的。

5.2.2 注重对电容器的技术管理

电容器有一个特性, 即频率与电容性电抗呈负相关的关系, 因此, 电容器对供电电压所产生的谐波分量非常敏感。若是电容器组或者电力系统连接的电抗自然频率与某个特定的谐波非常接近, 此时便会发生局部谐振, 由于电流的不断增高, 所以极易引起电容器过热, 具体可选择以下设备处理:混合滤波器、有源电力滤波器及谐波抑制电抗器等。

5.2.3 采用SVC装置

SVC装置是动态无功补偿装置的简称。电弧炉、卷场机、中频炼钢炉等电气设备, 其用电负荷稳定性较差, 变动频率却相对较高, 这些设备的共同点是:不但极易形成高强度的高次谐波, 且很容易导致电业电压发生波动与闪变, 严重者会导致三相系统出现不平衡的现象, 最终对电网的供电质量造成严重的影响。将SVC装置和谐波源并联, 既能很好地减少谐波量, 又能有效抑制电压的波动与闪变, 还有效增加了系统阻尼, 系统功率因数也得到了大大的提高, 电网质量的功能得到了较好的保障。

5.2.4 正确选择电气设备

交流滤波器装置可以很好地吸收谐波源产生的谐波电流, 并有效降低其电压, 堪称抑制谐波污染的有效措施。交流滤波器通常是由电抗器、电容器与电阻器等电力设备, 依据一定的技术标准组合成的, 具有结构简单、操作方便、维护简易等优点, 因而得到了广泛的应用。

6 小结

综上所述, 由于电器的广泛使用, 谐波污染问题日益严重, 对设备本身、周围用户及其电网的运行带来了严重的危害。在对谐波概念、危害进行了相关研究后, 本文提出了一些治理谐波的措施, 以期为谐波的治理与管理提供参考。

参考文献

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[2]朱俊辉.关于电力系统谐波治理的探讨[J].科技资讯, 2011 (05) :144.

[3]蒋文峰.浅谈县级供电企业的谐波治理与管理[J].农村电工, 2010 (06) :26-27.

[4]顾定军.电网谐波治理相关问题探讨[J].电力需求侧管理, 2010, 12 (02) :15-18.

电力系统谐波及治理本科毕业论文 篇11

随着科学技术的飞速发展, 特别是1956年第一只可控硅的诞生, 标志着人类社会进入了电力电子技术时代。先进的电力电子技术为我们的生活带来了极大的便利, 但同时, 这些电力电子技术产品产生大量的谐波, 危害电网本身和一些敏感负载。

作为电能质量的一项重要指标, 电力系统的谐波问题在世界范围内已得到了广泛的关注。国际电工委员会 (IEC) 和国际大电网会议都相继成立了专门的工作组, 开展谐波方面的研究工作。我国电力部门也相继出台了关于谐波管理的相关规定和规范。

近几年来, 随着通信业务的迅猛发展, 通信设备及机房用电增加, 大量的电力电子设备以及变频设备投入使用, 这些非线性负载产生了大量的谐波电流。谐波问题逐渐凸现在大家面前。大家开始重视谐波问题, 并采取有效措施对谐波电流进行限制。但总的来说, 谐波治理还未形成一个系统的技术指南与措施, 目前仅有通信行业标准《通信用不间断电源—UPS》 (YD/T 1095-2008) 中提到了对UPS的输入电流谐波含量的要求。

2 谐波的基本概念

2.1 谐波的定义

国际上公认的谐波含义为:“谐波是一个周期电气量的正弦波分量, 其频率为基波频率的整数倍”。在国标GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波》将谐波定义为“对周期性交流量进行傅立叶级数分解, 得到频率为基波频率大于1整数倍的分量”。也就是说, 如果对供电系统中的周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解, 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。谐波频率与基波频率的比值 (n=fn/F) 称为谐波次数。

基波:指频率为F的正弦波, 即50Hz的正弦波。

谐波:指频率为F正整数倍的正弦波, 如3次为150Hz, 5次为250Hz等

如图1, 负载电流如箭头所指粗线波形, 用傅立叶级数可以将该电流分解为由基波、3次谐波、5次谐波组成。一般在电工领域, 主要研究谐波的发生、传输、测量、危害及抑制, 其频率范围一般为2≤n≤40, 当然, 在通信行业, 关注的谐波次数一般在13次以内。

2.2 描述谐波的相关参数

想要描述一个含有谐波的信号, 主要有如下几个参数来描述谐波的含量:

第h次谐波电压含有率HRUh:

式中 Uh——第h次谐波电压 (方均根值) ;

U1——基波电压 (方均根值) 。

第h次谐波电流含有率HRIh

式中 Ih——第h次谐波电流 (方均根值) ;

I1——基波电流 (方均根值) 。

谐波电压含量UH

谐波电流含量IH

电压总谐波畸变率THDu:

电流总谐波畸变率THDi:

3 谐波的产生

非线性负载是造成谐波电流的根本原因。一个有利的证明就是RCD类型的负载 (Resistance-CapacitorDiode) , 如图2所示, 大多数的电子设备都具有这种形式的输入电路。

这种电路在稳态情况下, 只有当交流电压的幅值大于电容C两端的电压时, 电容才得以充电, 在这期间内, 设备的输入阻抗很小 (二极管正向导通) , 而在这之前, 输入阻抗是很高的 (二极管反向截止) 。因此非线性负载的输入阻抗是按照加在其两端的电压而变化的。欧姆定律定义了线性负载的正弦电压与电流的函数关系, 但不再适用于非线性负载, 因为非线性负载的阻抗已不是恒定的, 而且电压与电流也不再是正弦波了。

对通信系统的供电设备来说, 主要产生谐波电流的设备是开关电源、UPS以及变频器。典型的六脉冲整流UPS产生大量的5次、7次、11次、13次谐波电流, 如图3是一台120 kVA六脉冲UPS的整流电路图, 图4是该整流器输入电流。总电流谐波含量约为THDI=30%。将谐波分解开来, 其中28%H5, 5%H7, 6%H11, 具体如图5。

4 谐波的影响

谐波的危害表现在多个方面, 如对电网、设备、配电等。对通信系统来说, 谐波的危害主要表现在以下几个方面。

4.1 对变压器的影响

对变压器而言, 谐波电流可导致铜损和杂散损耗增加, 谐波电压则会增加铁损。与纯基波运行的正弦波电流和电压相比较, 谐波对变压器的整体影响是温升较高。须注意的是:这些由谐波所引起的额外损耗将与电流和频率的平方成比例上升, 进而导致变压器的基波负载容量下降。谐波电流的存在不仅使变压器发热, 还浪费电能。

按照法国标准NFC52-114, 变压器的降容折标系数由下述经验公式确定:

例如:1 000 kVA的变压器为6脉冲整流桥供电, 产生的谐波频谱为:H5=25%, H7=14%, H11=9%, H13=8% (THDI=31.08%) , 代入上式, 得到K=0.91, 即变压器的视在功率仅为910 kVA。

4.2 对电缆的影响

在导体中非正弦波电流所产生的热量与具有相同均方根值的纯正弦波电流相比较, 非正弦波会有较高的热量。该额外温升是由集肤效应所引起的, 电力电缆的集肤效应与流过电力电缆的频率有关, 频率越高就越显著。若电力电缆含有高于基波频率的谐波电流, 会造成更显著的集肤效应。这种效应如同增加导体交流电阻, 进而导致损耗增加, 继而使电力电缆发热。电缆的绝缘层受热易老化, 使电缆的使用寿命缩短。谐波电流流过电缆时, 附加损耗可以表示为

式中, Rh:h次谐波频率下的线路电阻。

Rh随频率升高而增加, 例如直径为0.76 cm的圆形导体, 其基波及5、7、11次谐波的交流电阻分别为直流电阻的1.01, 1.21, 1.35倍及1.65倍。导线的直径愈大, 因集肤效应而使谐波频率下的电阻增加愈明显, 谐波产生的附加损耗也越大。

电力电缆有额定电流。由于谐波电流的存在, 无形中减少了基波电流所能通过的量, 从而使得在选择电缆时, 要提高额定电流等级, 直接增加电缆的投资。

3倍数次谐波即使在负载平衡的情况下也会使中性线带电流, 并且此电流有可能等于甚至大于相电流。这就使得在选择电力电缆时, 要采用加大中性线的导线。这也会导致主材投资的增加。尤其在机楼规模较大, 需要用母线槽代替电力电缆作为配电主回路的材料时, 由于母线槽造价较为昂贵, 则因谐波影响导致选用较大电流额定值的母线槽所引起的投资增加会更多。

4.3 谐波对油机的影响

柴油发电机组的内阻相对市电来说大了很多, 非线性负载产生的谐波电流引起的电压畸变就大很多, 造成油机输出电压严重失真。这时, 如果油机的控制部分对严重失真的输出波形进行判断, 就可能会认为是过压、超频等原因, 从而造成油机停机;如果发电机为了保证输出电压的质量, 就必须降低输出功率。表1为不同非线性负载对柴油发电机组 (200 kVA) 输出电压畸变率的影响。

从表1可以看出, 为了保证输出电压畸变率在5%以内, 如果用户使用的是6脉冲整流负载, 则要求负载量不得超过发电机组额定输出功率的42%。当然, 一般情况下, 发电机负载除了UPS、开关电源外, 还支持照明、空调等设备工作, 这就使发电机的容量配置比较大, 上述的矛盾并不突出。但是在一些局站, 通信设备用电比较多, 而且绝大部分旧式开关电源是单相整流的 (如xx公司5 000系列) , 如果油机容量不大, 或者设备用电量超过油机容量的60%, 就容易发生输出电压不稳的情况。

随着电信业务的发展, 特别是数据业务的发展, UPS的容量越来越大, 在一些大型的数据、IDC中心, 往往发电机组的主要负载就是UPS, 这样使我们必须充分重视这些非线性负载所产生的谐波电流对发电机的影响。

4.4 谐波产生的干扰

谐波的存在, 会使控制设备损坏或出现误动作的几率大大增加。电力电子设备对供电电压的谐波畸变很敏感, 这种设备常常靠电压波形的过零点或其它电压波形取得同步而运行。电压谐波畸变可导致电压过零点漂移或改变一个线电压高于另一个线电压的位置点, 这两点对于不同类型的电力电子电路控制是至关重要的。控制系统对这两点 (电压过零点与电压位置点) 的判断错误可导致控制系统失控。计算机和一些其它电子设备, 如可编程控制器 (PLC) , 通常要求总谐波电压畸变率 (VTHD) 小于5%, 且个别谐波电压畸变率低于3%, 较高的畸变量可导致控制设备误动作, 进而造成生产或运行中断, 导致更大的经济损失。这也是为什么一些大型UPS控制板容易烧坏以及一些监控设备出现误动作的重要原因。另一方面, 由于谐波电压的存在, 电压产生了畸变, 这就让有些需判断电压是否正常的设备经常出现误动作, 如我们一般会在中央空调的水泵安装相序保护器, 当电压畸变比较大时, 相序保护器对三相的判断就会出现误判断, 从而出现误动作, 跳开开关来保护电机。

5 谐波与节能的关系

谐波电流的存在使负荷电流变大, 这些增加的谐波电流一方面产生畸变功率, 降低了电源设备的输入功率因数, 另一方面也在配电方面增加了损耗, 浪费电能。因此, 谐波治理与节能有着一定的关系。

5.1 谐波对功率因数的影响

谐波电流的大量存在, 将降低设备的输入功率因数。一般情况, 设备的输入功率因数如式 (5-1) :

式 (5-1) 中cosψ为相位差, 也就是说, 在不考虑相位差的情况下, 谐波含量对功率因数是有影响的, 具体的影响程度见表2。

由表2可见, 功率因数随着谐波的增多而降低。当谐波含量达50%的时候, 即使没有相位差, 功率因数也仅有0.89。从现场测量的数据看, 我们很多的六脉冲整流的UPS输入功率因数都在0.8左右, 有的甚至低于0.6。输入功率因数低一方面降低了设备的利用率, 另一方面也可能要多缴电费:一般在供电合同中都明确有规定, 用户功率因数在高峰负荷期间应达到coxψn (对于电信企业, 一般取0.9) , 高于这个标准可以少缴电费 (奖) , 低于这个标准则要多缴电费 (罚) 。

5.2 谐波电流增加损耗

首先是变压器。对变压器而言, 谐波电流可导致铜损和杂散损耗增加。与纯基波运行的正弦波电流和电压相比较, 谐波对变压器的整体影响是温升将会升高, 也就是损耗增加。另一方面是配电线路。因为线路是有阻抗的, 在导体中非正弦波电流所产生的热量与具有相同均方根值的纯正弦波电流相比较, 非正弦波会有较高的热量。也就是谐波电流会引起电缆更高的温升。该额外温升是由电缆的集肤效应所引起的, 而这种现象还取决于频率及导体的尺寸。当谐波频率越高时, 导体的电阻就越大, 谐波产生的附加损耗也越大。如直径为0.76 cm的圆形导体, 其基波及5、7、11次谐波的交流电阻分别为直流电阻的1.01, 1.2 1, 1.35倍及1.65倍。因此, 可以说, 在相同电流有效值下, 谐波含量越高, 造成的损耗就越大。

5.3 注意事项

谐波治理对减少变压器的损耗还是有一定的作用, 但这个作用是否能从经济效益上体现还要有几个决定因素:一是供电部门对我们的电量计量方法是否采用高供高计, 即有专用变压器, 在高压端计量, 否则的话, 如果只计量低压, 减少的变压器损耗是不会在电费中体现的。二是谐波电流含量在变压器输出电流的比例以及谐波电流的大小。只有当谐波电流比较大, 且总谐波电流含量较高时, 谐波治理对减少变压器损耗才有较明显的效果。比如我们一些IDC机楼, 大量的使用了UPS系统设备 (当然这些UPS设备必须是电流谐波含量较高的, 如使用六脉冲整流器) , 谐波电流就会非常大, 这就会明显增大变压器的损耗。但是对于一般的电信综合楼, 能产生谐波的主要设备开关电源、UPS系统一般只占总用电量的30%左右, 这样在变压器端由谐波电流引起的损耗就相当有限了。

电信作为一般企业, 其配电损耗约占总耗电的0.6%左右, 当各种谐波源比较分散时, 要全面消除线缆的损耗, 就要在每个谐波源前安装滤波器, 而这样的全面治理是需要很大的投入的, 这种情况从经济角度考虑, 如果要从减少谐波电流来减少损耗从而达到节能目的, 其经济效益是不明显的。

6 谐波的治理

6.1 治理的原则

本着节省投资、合理利用资源的原则, 谐波治理时我们优先考虑一些开关电源、大型UPS较多, 容量较大的局站 (如IDC中心、电信大厦等) 。首先对这些设备进行谐波测试, 包括各电源设备低压配电的输出端和各电源设备的输入端, 如图6所示。一般在 (1) 处受测试条件限制, 如汇流排比较大, 分支较多, 仪表无法测量电流, 我们可以在 (1) 处只测电压。其他处电流电压都需要测。

(1) 如果测得任一处电压畸变度>5%, 应进行治理。

(2) 一般情况下, 由于系统容量比较大, 低压配电端 ( (1) 或 (2) ) 电压畸变率相对较小, 但是如果谐波电流总含量大 (>30%) , 特别是油机负荷率较高 (超过70%) 的局站, 应优先考虑治理。

(3) 在低压配电处测得电压、电流谐波含量都比较小, 但是有某套设备 (容量大, 负荷重) 的谐波电流含量特别大 (>40%) , 如大型UPS, 为减少安全隐患, 可考虑针对性治理。

6.2 治理的方法

对于电信低压系统来说, 由于现有系统结构已经基本固定, 谐波问题的解决一般只能通过加装滤波器来进行。滤波器的使用总体上可以分为两大类, 即使用有源滤波器滤波或使用LC无源滤波器进行滤波。

6.2.1 滤波器的选择

(1) 无源滤波器

如果系统谐波主要是由某次 (如三次) 谐波组成, 且用电负荷变化不大, 可以考虑使用无源滤波器。

无源滤波器造价低, 通过无源滤波器能有效地减小谐波。一般地, 无源滤波器由电容器和电抗器串联而成, 并调谐在某个特定谐波频率。滤波器对其所调谐的谐波来说是一个低阻抗的“陷阱”。理论上, 滤波器在其调谐频率处阻抗为零, 因此可吸收掉要滤出的谐波。

虽然无源滤波器具有简单、方便的优点, 但它也存在如下缺点:

①只能抑制固定的几次谐波, 并且可能对某次谐波在一定条件下会产生谐振而使谐波放大, 引起其他事故;

②只能补偿固定的无功功率, 对变化的无功负载不能进行精确补偿;

③其滤波特性依赖于电源阻抗, 受系统参数影响较大, 并且其滤波特性有时很难与调压要求相协调;

④不能完全滤除非特征谐波 (不同于滤波器调谐频率的谐波) , 例如由变频器产生的谐波;

⑤由于对其中的元件参数和可靠性要求较高, 且不能随时间和外界环境变化, 故对无源滤波器的制造工艺要求也很高;

⑥容易过载, 从而使系统内其他的滤波器承受较大的压力;

⑦对系统负荷变化较大的情况, 不宜采用;

⑧重量与体积较大。

(2) 有源滤波器

与无源滤波器相比, 有源滤波器具有高度可控制特性, 并且能跟踪补偿各次谐波、自动产生所需变化的无功功率, 其特性不受系统影响, 无谐波放大危险, 相对体积重量较小等突出优点, 因而已成为电力谐波抑制和无功补偿的重要手段。因此, 谐波治理主要是采用有源滤波器为主。

如图7所示, 有源滤波器系统主要由两大部分组成, 即指令电流检测电路和补偿电流发生电路。指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流, 然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流, 计算出主电路各开关器件的触发脉冲, 此脉冲经驱动电路后作用于主电路。这样电源电流中只含有基波的有功分量, 从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。同样原理, 电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。

根据控制电路的控制方式, 有源滤波器的电路控制可以分为模拟追踪补偿方式和快速傅里叶级数方式。使用模拟追踪补偿方式的滤波器原理是将电源电流采样后, 将基波滤除, 而将剩下的谐波量翻转去抵消电源电流中的谐波, 采用此种方式响应速度快 (<1 ms) , 并且可以补偿2~50次谐波;使用快速傅里叶级数方式的滤波器原理是将电源电流采样后, 使用快速傅里叶级数计算的方式将其分解为各次波形, 然后可以针对其中的特定某次谐波进行消除。使用后一种方式由于需要采样至少一个完整的波形才能进行傅里叶级数的计算, 故响应速度一般在20~40 ms。

6.2.2 滤波器的安装

一般地, 可采用“就近”治理的原则。即哪台设备产生谐波厉害, 则在其输入前端加装滤波器。这样做的好处是可以将谐波电流的影响限制在最小范围。从图7可以看出, 在补偿点A向外到变压器电源端, 电流是经过滤波, 不含有谐波的, 而A点往后到负载端电流还是含有谐波的, 也就是说, 谐波治理的效果是从滤波器安装点往上级配电体现的。因此, 要从整个系统来消除谐波, 滤波器的安装就要靠近谐波源。再看图7, 方法一的安装点最靠近谐波源, 安装滤波器后, 该分支的UPS产生的谐波从该点开始往变压器方向就被滤掉了, 负载电流不再含有谐波。因此, 滤波器的安装首选就是靠近谐波源, 这样的效果是最好的。

7 适用场合和条件

谐波治理主要的场所是开关电源、大型UPS较多, 容量较大的局站, 如IDC中心、电信大厦等。

8 实际使用案例

某本地网信息大厦主要UPS设备配电结构如图8。该大厦UPS系统都为1+1系统, 测量谐波点如图8示:

(1) 测量的数据, 如表3、表4、表5、表6、表7:

表5 10楼400 A配电柜测量点2-1的数据表6 10楼100 kVAUPS的测量点2-2的数据

(2) 测试情况分析

从测试的结果看, 4楼100 kVA UPS主回路谐波含量达到49%, 总谐波电流约55 A, 其相应的上端配电屏谐波电流含量为30%, 谐波电流值达56 A;10楼100 kVA UPS主输入回路的电流谐波达到了60%。除10楼60 kVA的UPS输入功率因数较高, 其余的UPS系统输入功率因数均较低。因为该大厦配电系统容量较大, 该分支的变压器容量为1 000 kVA, 因此, 虽然各套UPS谐波含量较高, 但造成的电压畸变不是很大, 均未超过5%。根据上文提到的治理原则, 该大楼两套100 kVA的UPS系统输入谐波电流比较大, 远远大于30%, 其中一套达到了60%, 另一套也有49%, 因此, 应进行治理。由于两套UPS相隔比较远, 因此需分开进行单独治理。表8是各测量点测量结果比较。

(3) 治理方法

从谐波的具体含量可以看到, 主要是谐波分量有5、7次等, 因此选择安装有源滤波器。两套UPS相隔比较远, 因此要分别单独治理。安装地点选择在在4楼测量点1-2处及10楼测量点2-1处。再结合谐波电流的大小, 可以选用100 A的滤波器。

(4) 治理效果

安装滤波器后, 在测量点1-1及2-1处测量, 电流谐波总含量均小于10%, 功率因数大于0.95, 达到了预期的治理效果。

9 小结

随着信息技术的发展和数据业务的迅速扩大, 电力电子器件将会更广泛地使用, 谐波的问题可能会越来越多。因此, 大家应引起足够的重视关注谐波带来的问题。但是, 需注意的是:

(1) 谐波治理的主要目的是提高供电系统的稳定性和可靠性。

(2) 节能只是谐波治理的附带产物, 虽然有一定的效果, 但还要考虑供电结构、设备组成等实际情况。

因此, 在评估电源谐波治理项目时, 应着重于评估具体系统谐波对设备的实际影响程度, 而不能以基于节能投资回报作为项目立项的动因。我们应该认识到:谐波治理所带来的节能收益只是附带的效果, 消除谐波污染保障通信设备安全才是最重要的。

摘要：本文从谐波的原理入手详细介绍了谐波的概念、谐波的危害、谐波的治理等, 重点分析了谐波与节能的关系, 提出了谐波治理的节能应用条件和场合以及一些注意事项。

关键词：节能技术,低压配电系统,谐波,治理

参考文献

[1]GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》