电网谐波及其抑制.docx
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电网谐波及其抑制
电网谐波及其抑制
电网谐波及其抑制
㈠电网谐波的有关概念
⒈电网谐波的含义及其计算
谐波（harmonic），是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数（Fourierseries）分析所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常称为高次谐波。
而基波是指其频率与工频（50Hz）相同的分量。
向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备，称为谐波源（harmonicsource）。
就电力系统中的三相交流发电机发出的电压来说，可认为其波形基本上是正弦量，即电压波形中基本上无直流和谐波分量。
但是由于电力系统中存在着各种各样的“谐波源”，特别是随着大型变流设备和电弧炉等的广泛应用，使得高次谐波的干扰成了当前电力系统中影响电能质量的一大“公害”，亟待采取对策。
按GB/T14549-93《电能质量·公用电网谐波》规定，第h次谐波电压含有率（HRUh）按下公式计算：
HRUh=Uh/U1×100%
式中，Uh为第h次谐波电压（方均根值）；U1为基波电压（方均根值）。
第h次谐波电流含有率（HRIh）按下式计算：
HRIh=Ih/I1×100%
式中，Ih为第h次谐波电流（方均根值）；I1为基波电流（方均根值）。
谐波电压总含量（UH）按下式计算：
谐波电流总含量（IH）按下式计算：
电压总谐波畸变率（THDu）按下式计算：
THDu=UH/U1×100%
电流总谐波畸变率（THDi）按下式计算：
THDi=IH/I1×100%
⒉谐波的产生与危害
电网谐波的产生，主要在于电力系统中存在的各种非线性元件。
因此，即使电力系统中电源的电压为正弦波，但由于非线性元件的存在，结果在电网中总有谐波电流或电压存在。
产生谐波的元件很多。
例如荧光灯和高压汞灯等气体放电灯、感应电动机、电焊机、变压器和感应电炉等，都要产生谐波电流或电压。
最为严重的是大型的晶闸管变流设备和大型电弧炉，他们产生的谐波电流最为突出，是造成电网谐波的主要因素。
谐波对电气设备的危害很大。
谐波电流通过变压器，可使变压器的铁心损耗明显增加，从而使变压器出现过热，缩短使用寿命。
谐波电流通过交流电动机，不仅会使电动机的铁心损耗明显增加，而且还要使电动机转子发生振动现象，严重影响机械加工的产品质量。
谐波对电容器的影响更为突出，谐波电压加在电容器两端时，由于电容器对谐波的阻抗很小，因此电容器很容易发生过负荷甚至造成烧毁。
此外，谐波电流可使电力线路的电能损耗和电压损耗增加；使计量电能的感应式电度表计量不准确；可使电力系统发生电压谐振，从而在线路上引起过电压，有可能击穿线路设备的绝缘；还可能造成系统的继电保护和自动装置发生误动作；并可对附近的通信设备和通信线路产生信号干扰。
㈡谐波电压限值和谐波电流允许值
⒈谐波电压限值
公用电网谐波电压（相电压）限值，按GB/T14549-93规定，如下表1所示。
表1公用电网谐波电压（相电压）限值（据GB/T14549-93）
电网额定电压
（kV）
电压总谐波畸变率
（%）
各次谐波电压含有率（%）
奇次
偶次
0.38
5.0
4.0
2.0
6
4.0
3.2
1.6
10
35
3.0
2.4
1.2
66
110
2.0
1.6
0.8
⒉谐波电流允许值
公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量（方均根值）不应超过表2规定的允许值。
当公共连接点处的最小短路容量不同于表中基准短路容量时，应按下式修正表中的谐波电流允许值：
Ih=（Sk1/Sk2）×Ihp
式中，Sk1为公共连接点的最小短路容量（MV·A）；Sk2为基准短路容量（MV·A）；Ihp为表2中的第h次谐波电流允许值（A）；Ih为短路容量为Sk1时的第h次谐波电流允许值（A）。
表2注入公共连接点的谐波电流允许值（据GB/T14549-93）
额定电压
（kV）
基准短路容量
（MV·A）
谐波次数及谐波电流允许值（A）
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
0.38
10
78
62
39
62
26
44
19
21
16
28
13
24
11
12
9.7
18
8.6
16
7.8
8.9
7.1
14
6.5
12
6
100
43
34
21
34
14
24
11
11
8.5
16
7.1
13
6.1
6.8
5.3
10
4.7
9.0
4.3
4.9
3.9
7.4
3.6
6.8
10
100
26
20
13
20
8.5
15
6.4
6.8
5.1
9.3
4.3
7.9
3.7
4.1
3.2
6.0
2.8
5.4
2.6
2.9
2.3
4.5
2.1
4.1
35
250
15
12
7.7
12
5.1
8.8
3.8
4.1
3.1
5.6
2.6
4.7
2.2
2.5
1.9
3.6
1.7
3.2
1.5
1.8
1.4
2.7
1.3
2.5
66
500
16
13
8.1
13
5.4
9.3
4.1
4.3
3.3
5.9
2.7
5.0
2.3
2.6
2.0
3.8
1.8
3.4
1.6
1.9
1.5
2.8
1.4
2.6
110
750
12
9.6
6.0
9.6
4.0
6.8
3.0
3.2
2.4
4.3
2.0
3.7
1.7
1.9
1.5
2.8
1.3
2.5
1.2
1.4
1.1
2.1
1.0
1.9
㈢电网谐波的抑制
抑制电网谐波，可采取下列措施：
⑴三相整流变压器采用Y，d或D，y的结线
由于3次及3的整数倍次谐波电流在三角形联结的绕组内形成环流，而星形联结的绕组内不可能产生3次及3的整数倍次谐波电流，因此采用Y，d或D，y结线的三相整流变压器，能使注入电网的谐波电流消除3次及3的整数倍次的谐波电流。
又由于电力系统中的非正弦交流电压或电流通常是正、负两半波对时间轴是对称的，不含直流分量和偶次谐波分量，因材采用Y，d或D，y结线的整流变压器后，注入电网的谐波电流只有5、7、11……等次谐波。
这是抑制高次谐波最基本的方法。
⑵增加整流变压器二次侧的相数
整流变压器二次侧的相数越多，整流波形的脉波数越多，其次数低的谐波被消去的也越多。
例如整流相数为6相时，出现的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%。
如果整流增加到12相时，则出现的5次谐波电流将为基波电流的4.5%，7次谐波电流将为基波电流的3%，都差不多减少3倍。
由此可见，增加整流相数对高次谐波抑制的效果相当显著。
⑶使各台整流变压器二次侧互有相角差
多台相数相同的整流装置并列运行时，使其整流变压器的二次侧互有适当的相角差，与增加二次侧的相数效果相类似，也能大大减少注入电网的高次谐波。
⑷装设分流滤波器
在大容量静止“谐波源”（如大型晶闸管整流器）与电网连接处，装设分流滤波器，如图1所示，是滤波器的各组R-L-C回路分别对需要消除的5、7、11……等次谐波进行调谐，使之发生串联谐振。
由于串联谐振时阻抗极小，从而使这些谐波电流被它分流吸收而不注入电网中去。
图1装设分流滤波器吸收高次谐波
⑸宜选用D，yn11联结组别的三相配电变压器
由于D，yn11联结的变压器高压绕组为三角形结线，3次及3的整数倍数的高次谐波可在其中形成环流而不注入高压电网，从而有利于抑制高次谐波。
⑹其它措施
限制电力系统中接入的变流设备及交流调压装置等的容量，或提高对大容量非线性设备的供电电压，或者将“谐波源”与不能受干扰的负荷电路从电网的结线上分开，都能有助于谐波的抑制或消除。
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