电网中高次谐波的分析与探讨

电网中高次谐波的分折与探讨　３３　电网中高次谐波的分析与探讨　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｂｅ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　Ｎｅｔ’Ｓ　Ｕｌｔｒａ　Ｈａｒｍｏｎｉｃ　Ｗａｖｅ　青海省电力培训中心　韩青秀（８１０００８）　【摘要】　文章讨论了谐波对电力系统的影响及危害，夼绍了却制谐波的主要技术措施，提出　标准技术措施有源滤波器。　了有源滤波嚣用于谐波治理的有效方法　【关键词】谐波【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ　ｐａｐ㈣【ｙｓ　ｔ】　ｉｎｆｌ　㈣ｎｄ　ｈ　ｏｆ　ｒｈｃ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｗａ　ｅ，　ｎｄ　ｔｎｔｒｏｄｕｃｅ　ｉｔ　ａｉｒｔ　ｒｅｓｔｒａｉｎｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ．ａｎｄ　ａＩ∞ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ｔｈｅ　ｅｆｆｉｃｉｃｎｃｙ。ｆ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ａｃｔｉｖｅ　ｆｉｌｔｅｒ　ｔ０　ｒｅ，ｓｔａｉｎ　ｔｈｅ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｗａｖｅ　【Ｋｅ￣ａｖｏｒｄｓ】Ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｗ；ｌｖｃ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｔｃ￣ｈｎｄｏｇｙ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ａｃｔｉｖｅ　ｌｉｔｔｅｒ　１　前言　工矿企业、运输部门．家用电器装置、高压直　电流，都属于谐波源。发电机、变压器和电动机等　电力设备，如果参数选择不当或设计结掏和制造　工艺不良，也会向电网注入大量谐波，成为谐波　源。此外，静补装置也是谐波源。电力电容器虽　流输电等许多领域中都大量使用电力电子装置，　它虽然有利于节能和控制，而另一方面却使电力　系统波形畸变，产生高次谐波，影响供电质量，甚　至造成危害。　由于谐波干扰和无功损耗导致电网污染日益　严重，应用有源滤波器对此进行治理已成为一个　受到广泛关注的问题。　本身不是谐波源，但电容器组合闸涌流注入电网　也成为暂态性谐波源。特别是当电容器支路调谐　不当时，将会引起有害的谐波谐振及谐波放大现　象。其害无穷，要特别引起注意。　随着非线性器件和设备的广泛应用，电网波　形畸变愈来愈严重，谐波含量显著增加。电力系　统谐波可分为三种：（１）稳态型：谐波的成分及幅　值基本稳定不变（例如假定电网电压稳定时变压　器铁心的非线性特性和带稳定负荷时整流器产生　的谐波）。（２）动态型：谐波成分及幅值具有明显　的随机性，如电弧炉，电力机车等产生的谐波。　２电力系统中的谐波源　随着电网的不断扩大，电力系统所联结的电　气设备日益增多。这些设备中的非线性用电设备　都是能产生谐波的装置，其向电网中注入谐波电　流，并会造成电网的波形畸变和电气设备的异常　运行。凡与电网联结并向电网中注入两倍于工频　（３）突发型：即暂态过程，例如：变流装置中半导体　器件在电压波形的不同位置处切换，变压器空载　合闸及投切电容器组所产生的高额瞬变。　（５０Ｈｚ）及两倍工频以上频率的谐波电流的设备．　统称为谐波源。例如：交通部门的电气化铁道牵　引机车：冶金部门的轧钢机、炼钢炉；采矿部门的　卷扬机；化工部门的电镀　电解等都采用了大量的　硅整流设备；一些家用电器也都普遍采用了硅整　流技术。以上这些设备以及电弧炉，铁道电气牵　引机车的交流调压装置，大容量交流电焊机及铁　磁饱和设备等，接入电网后，均能向电网注入谐波　３高次谐波的危害　高次谐波对电网的危害是多方面的，主要有　以下几个方面：　３．１　导致供电系统电压波形畸变　供电系统正常电压为正弦波，由于高次谐波　电流注入系统，导致产生高次谐波电压与基波电　维普资讯 http://www.cqvip.com

《青海电力）２００２年．第１期　压迭加，使供电系统的电压波形发生畸变，畸变程　度取决于谐波阻抗的大小。　３．２造成供电系统电力电容器故障　由于电力电容器的容抗和频率成反比，所以　电客器对高次谐渡电流很敏感。其危害主要表现　如下：　（１）高次谐波在电容器组中产生附加损失。　引用各次谐渡功率在电路中转变为热量的概念分　析，电容器的介质损耗在各次谐波作用下，等于各　次谐波平均功率的总和，即尸＝∑尸　这里所得　Ｈ　ｌｌ　到的功率是有功功率。它在单位时间内转变为热　能、机械能或其它形式的能量，使电容器的介质损　耗增加，引起电容器温升过高及箱壳胀裂而导致　损坏。　（２）使电容器介质老化加速，电容器接至非正　弦电压后，介损便会显著增加。　（３）发生高次谐波放大和并联谐振，使电容器　损坏加快。　３．３对电气设备的影响　网络运行对电压波形畸变因数有严格的要　求，当谐波次数ｎ＝３ｋ＋１（ｋ为任意正整数）时，　谐波电压为正序分量（１，４，７……），产生正序磁　通；当ｎ＝３ｋ一１次数时，谐波电压分量为逆序分　量（２，５，８……），产生逆序磁通，使电动机产生反　转力矩。３次谐波和３的倍数次谐波是零序分量　（３，６，９……），产生零序磁通，不产生转动力矩。　因而高次谐波对电气设备的影响是：引起发电机　定子和转子产生附加损耗和附加温升，转子尤为　严重，从而影响发电机的出力；对异步电动机将引　起功率因数和晟太转矩下降；使变压器的激磁电　流额外增大，功率损耗增加；对可控硅供电的电动　机，高次谐波电流在直流电动机电源侧产生电压　和电流脉动，对整流及换向都起恶化作用；影响仪　表的准确度；通常仪表按基波频率设计其动态灵　敏度，并给出相应的被测值。频率在１０００Ｈｚ以　下时，对电磁式、磁电式等仪表的测量结构影响不　大，但对感应式仪表影响较大，被测误差随频率增　加而很快增加。铡如，苏联的Ｍ４３感应式仪表在　频率为１０００Ｈｚ时，仪表无指示。　３．４对自动化的影响　当电压为非正弦时，系统中电压自动调节的　误差可能显著增加，其误差取决于所选的调节参　数。如取电压有效值偏差为调节参数，则调节器　测量结构反映的是电压等效有效值与相应的工频　电压值不同，因此，电网维持在较低的电压。若调　节器的误差为负，则电压更低。　３．５对线路的影响　（１）由于高次谐波电流在线路上流通，可能使　线路产生串联谐振，引起线路过电压，使架空输电　线路绝缘遭到破坏。　（２）对于电缆输配电线路，由于高次谐波电流　易引起电缆输配电线路出现高振幅高频的谐波电　压分量，尤其是在谐振的情况下，谐波电压分量较　高，加之电流渡在输送电中的扩散，更引起电缆输　电线路的绝缘降低，导致放电或击穿。　（３）高次谐波在强电线路造成的谐波电压，在　通讯等弱电线路产生静电感应和电磁感应，增加　了通讯等弱电线路内的噪音和信号失真．影响运　行效果。　４电网中谐波的管理　４．１高次谐波的管理　为使电力系统及其用电设备安全经济运行，　国际电工组织制定了谐渡标准，我国也制定了国　家谐波标准。它包括限制电力系统谐波产生和控　制谐波含量的各种标准、导则和规定。所有这些　与谐波含量有关的标准，都是为了达到以下三个　目的：　（１）限制电流和电压的畸变程度，使电力系统　和附属设备都能承受。电力系统中窑易受谐波影　响的设备有：改善功率因数用电容器、电网内的音　频信号系统（纹渡控制）和一些利用渡形上特殊点　启闭的控制装置。　（２）使电力系统供给用户的电压波形能够满　足各种用电设备的特殊要求。　（３）保证电力系统不会干扰其它系统的运行。　例如；不干扰影响电话系统的通汛等。　４．２谐渡管理的标准　谐波标准是指注人电网的谐波电压（或电流）　允许限值。谐波源注入电网的谐波电压（或电流）　应控制在谐波标准允许限值以内，表中给出了公　用电网的国际谐波标准和我国的国家谐波标准。　维普资讯 http://www.cqvip.com

电网中高次谐菠的分析与探讨　３５　裹２　公用电网谐波电压（相电压）限埴　除此之外，谐波标准还包括：谐波源连接点注　表３　抑制谐波的主要桎木措施　入电网的谐波电流允许限值、谐波源产生的谐波　措施　ｌ仲内捧　电压允许限值等。本文给出公用电网的谐波标准　和我国国家电网的谐波允许限值，以便更好地了　嚣鑫　嚣　样措埘　婪滤波－措　解、掌握这个标准，确保电网的供电质量　采用单酮谐滤浊器　电网谐波监督管理的任务是根据国家和电力　加装盅渣无辣薄垃　采用双调谐波器　器　采Ｊ１】高通滤波器　主管部门颁布的有关条例、标准及规定，把各级公　采用摅波装置（即多蛆滤波器）　增设静止无功补偿　采用ＴＣＲ无功补偿器　用电网的谐波电压和电力用户注入电网的谐波电　器　采用ＴＣＴ型无功补偿嚣　流控制在允许限值以内。谐波仅仅是电能质量的　ｆ吝性部分设置为　采用ＴＳＣ型无功补偿器　艨渡器】　采用ＳＲ型无功补偿器　一项指标，某些负荷不仅产生谐波，而且还引起供　并联电淮型有谭撼波器　电电压波动和闪变，甚至引起三相电压不平衡等。　加装有豫摅渡器　并联电压型有豫蘸渡器　有时可串联有源滤垃器　因此，谐渡监督管理还应包括电压波动、闪变和不　增强电力系统承受谐渡源接向较大窖量的供电点　平衡等电能质量指标。　谐渡的能力　谐渡源由高一缎电压的电网供电　提高用电设备的抗改进设备性艋，提高设备抗谐渡干扰能力　５电网中谐波的抑制措施　谐波干扰能力　采取抗谐被干扰措施。确保设备正常运行　改善电网供电质量，对于电网的安全经济运　薹　曩嚣墓　譬　甄　采用多重化技术，增加等敢相数　行，保障工业产品质量和科学实验的正常进行以　及降低能耗等均有着重要的意义。影响电网供电　改变谐波积的配置冀　登蠢　兽　蕃　。使用　质量的主要因素之一是非线性负荷产生的高次谐　波，其数量、种类日益增多，比重也日益增大，因　簇……　此，采取措施，抑制以至消除这些高次谐波对电网　圈【塞浩渡在电力蕞在高压输电线路中串联高频阻变装　统中的流动　低压崩采用Ｙ『△壹按的变压器　的“污染”，是电力电子技术领域中一项重要的研　究课题，需要综合治理。各国研究人员对此都进　行了大量的研究，并且已取得了可喜的成绩，为营　造一个良好的供电环境提供了可靠的技术保障。　（上转第２２页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

‘青海电力）２００２年．第１期　６　ＳＤＨ系统在西宁供电局的应用　６．１通过网络图６可以看到，由光纤及ＳＤＨ设　备构成的星型网，共覆盖了ｌ０个站点的范围，解　综上所述，ＳＤＨ系统较传统的ＰＤＨ系统有　决了这些地区的数字通道，其中新增加了大通县　许多自己独特的优点。目前，我局新竣工完成并　局、湟中县局、湟源县局问的话音，解决了三县局　正投Ａ使用的三县局光缆工程，采用的是新型的　与中心站的联系，这样节约了大量的资金　又为今　ＳＤＨ专网设备一ＦＡ一１６，该设备由华为生产，它　后上会议电视及ＭＩＳ系统打下了坚实可靠的通　的集成度高，将复用器和交叉连接设备放在一起，　道基础。　适合电力系统的生产调度使用，该工程的实施解　６．２远端站以往靠载波模拟通道来传输远动信　决了外县局及变电所与中　ｔ－．站的联系，极大地缓　息，误码率高，稳定性差，给信息的传输带来诸多　解了我局通道的瓶颈。　不便。现在，载波通道己成为备用通道。从以上　的应用可以看到，ＳＤＨ系统在电力系统的应用是　成功的，今后ＳＤＨ系统还将有更加广泛的应用。　６．３　通过以上介绍，我们对ＳＤＨ光纤系统的原　理及相关设备有了初步的了解，当然现代通信技　术发展迅速，技术更新换代快，我们应该不断地努　力学习，跟上通信技术发展的步伐，以适应现代化　圆　发展的需要。　匝囫　参考文献　１．中国通信学台光同步赫字传辅网．＾民邮电出版社，　圃　ｌ９８３　２韦乐丑，李英穗．同步数字件系原理、技术人民邮电出　图６三县局先纤网络图　版社，Ｉ９９６　救猫日期．２００Ｉ一０９—０３　（下接第３５页）　抑制以至消除电网中的谐波“污　是用高频调制原理的控制策略来代替传统的相控　染”，首先应在谐波源或其附近采取适当的技术措　变流方案。例如，采用ＰＷＭ的复合控制技术，多　施；ｉｇ次是在电网中采取防止谐波传递流动的技　重化与ＰＷＭ技术的巧妙结合等。随着科学技术　术措施以及在系统运行中进行实时控制等。表３　的不断发展．将研制出更加简便、更加行之有效的　直观、系统地列出了抑制谐波的主要技术措施。　谐波抑制技术，电能质量必将得到进一步的保障。　谐波源电力用户和电力部门可根据谐波源的种类　及超过谐波标准的比重大小，从表中选用一种或　６结束语　多种技术措施，将谐波抑制在标准范围以内，以保　以上理论和分析研究表明，在无源滤波器基　证电阿的供电质量。　础上加装有源滤波器构成混和滤波器对谐波电流　近年来，随着大功率半导体元器件的不断推　的抑制是可行的，将人工神经网络应用于电网综　陈出新和可关断半导体元器件（如ＧＴＯ、ＧＴＲ、　合补偿系统中，现在还只是一项探索性的工作，还　１ＧＢＴ等）开关频率的不断提高，有源滤波器的应　有待于进一步的研究。当然，随着科学拄术的不　用更趋于实用化。有源滤波器不仅可有数抑制谐　断发展和应用，将研制出更多、更行之有效的抑制　波，还可进行无功补偿，并且具有损耗小、使用灵　谐波的新方法和新装置，电网的供电环境必将得　活、谐波抑制效果好等优点，是一种很有发展前景　到进一步的改善。　的谐波补偿装置。　收稿日期１２００１—１０—１５　对于交流装置，其谐波抑制措施的发展趋势