电网高次谐波问题分析

第一篇：电网高次谐波问题分析

电网高次谐波问题分析

梁晓红1，李贞2

（1．平顶山工业职业技术学院电力工程系，河南平顶山；2．平顶山工业职业技术学院电力工程系，河南

平顶山）

摘要：文中对电网高次谐波的产生及危害进行了阐述，介绍了电网谐波分析的一种常用数学基础——小波分析法，并通过装设滤波器等抑制方法阻止高频谐波进入电网，保证电网供电质量。关键词：电网；高次谐波；小波分析；无源滤波器

在电力系统中，供电波形畸变是影响电能质量的重要因素之一。近年来，各工矿企业大量采用各种晶闸管整流装置、变频装置以及交流电力调整装置，增大了电网的非线性负载，再加上电网本身存在的非线性元件，均向电网注入了大量的高次谐波。高次谐波是一个周期电气量的正弦波分量，周期性的非正弦交流电进行傅里叶级数分解可得基波（其频率与工频相同）以及频率为基波频率整数倍的各次谐波，基波以外的各次谐波通常称为“高次谐波”。电网中高次谐波的出现是造成波形畸变的主要原因。

一、高次谐波危害

电网高次谐波的危害主要有以下方面：

1、引起电网中局部并联谐振或串联谐振，放大谐波电压或谐波电流；

2、加速电容器介质老化，还可导致电容器成倍地过负荷，出现异常声响、熔丝熔断、“鼓肚”等现象，严重时导致其他设备无法正常运行，不得不将电容器组断开，电网被迫在低的功率因数下运行；

3、增加附加损耗，降低发电、输电及用户设备的效率；

4、使继电保护及其自动装置误动作，导致电气测量仪表计算误差增加。谐波电流能影响甚至破坏利用电力线路作为联系通道的远动装置的动作。母线电压的畸变，还能引起整流设备触发脉冲控制装置的触发周期不稳定，使晶闸管阀的触发角或触发时间间隔不相等，影响整流设备的正常运行；

5、谐波对邻近的电话线路产生了静电感应和电磁感应，造成其对通信系统产生严重干扰，轻则降低信号的传输质量，重则导致信息丢失。

由于这些非线性负载的增加，引起高次谐波这一电网公害，导致电网电压正弦波形严重畸变。我国于1993年颁布了谐波管理的国家标准《电能质量公用电网谐波》，明确规定了用户注入电网的谐波电流的允许值和在电网公共连接点处产生的电压畸变值。当超过标准时，必须采取相应的抑制措施，从根本上解决谐波污染问题。

二、高次谐波数学分析方法

电力电子装置所产生的高次谐波污染，已日渐成为阻碍电力电子技术发展的重大问题。实时谐波检测，对谐波问题进行研究，前提是研究谐波测量的数学分析方法。

电网中的电流和电压等物理量，无论其是否为正弦量，都可作为信号（非正弦周期函数）进行分析处理，其数学基础方法是傅里叶级数展开和傅里叶变换。在实际系统中，波形大都可以用解析式表示，有些波形则不能用解析式表示，此时，均可以采用将此周期函数离散化的处理方法，转化为时间函数，采用离散傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶变换（FFT）计算出各次谐波值。在此基础上，小波分析是近年来数学研究成果之一，因其在理论上的完美性和应用上的广泛性，使小波分析在信号处理、图像分析、模式识别等领域中得到了广泛应用。

小波分析可以根据波形不同的频率成分，在时域和空间域自动调节取样的疏密；频率高时，则密；频率低时，则疏。基于小波分析这些优秀特性，研究人员可以观察波形的任意细节并加以分析。小波变换及性质可定义为函数h(x)LR如果满足以下的容许条件：

2ˆh()2d

（1-1）

则称h(x)是一个基本小波或小波母函数，而称

ha,b(x)a12xbh,(a,bR,a0)

（1-2）

a式（1-2）为由小波母函数Φ(x)生成的依赖于参数a和b的小波。ha,b(x)也可以看成是由h(x)经伸缩平移后得到的一个函数簇。小波变换中参数a、b有明确的物理意义，a是频率参数，b是时间参数。

小波变换的主要性能是其“变焦”性能，该特性能将高次谐波信号中各种不同频率成分分解在相应的时空域，并给出不同频率正弦波的相位。在有源滤波器的检测电路中，需要检测的只是除去基波外的所有畸变波形的含量，不需要分析出各次畸变波形的大小，但是实时性要求很高，而傅里叶变换能分析出各次畸变波形的分量，但实时性较差。小波变换是一种调和，不仅能实现实时，而且变换本身对波形的奇异点非常敏感，该特点可以用来跟踪那些变化非常突然的谐波信号，而这种信号正是高次谐波检测的难点。

三、抑制电网谐波的方法

抑制和消除高次谐波的目的，是为了使电网电压的畸变率不超过2%，电压的负序分量不超过正序分量的1%或1.5%，电压的零序分量不超过正序分量的1%时，电机可以保证正常运行。抑制谐波措施有以下几方面：

1、减少谐波源

具体措施是让系统整流设备容量远远小于系统短路容量，由于系统短路容量大，系统电抗小，因此系统电压畸变就小。

1）采用多脉冲波换流器，采用多相脉冲换流器以增加脉波数，可以大幅度地消除低次谐波，一般采用脉波数为12。少用半控桥式接线，因为这种接线所产生的谐波中含有不易处理的偶次谐波。

2）采用变压器相位移，比如三绕组变压器，通过二次绕组相位移30o电角度后，由两个格雷兹桥串联组成的换流器单元，脉波数提高为12。

3）受电变压器的一次和整流变压器的二次分别采取Δ型连接方式，这样做可消除3次、6次、9次谐波。

2、改进电气设备结构，提高抗谐波能力

在电网中，为了抵抗轴电流，电机采用接地电刷装置或轴承座加绝缘措施。电气设备采用叠片磁路，减少涡流损耗。同时，为了提高耐热能力，采用真空压力敷设V·P·I浸渍工艺措施，用于提高抗谐波能力。

3、装设滤波器

滤波电容器是指与有关器件，如电抗器、电阻器等连接在一起，对一种或多种谐波电流提供低阻通道的一种电容器。其作用是对某种谐波电流发生共振而被吸收，不注入电网。滤波器安装在非线性负载侧的母线上。

滤波器分为无源型和有源型。无源滤波器具有简单可靠维护方便等优点而被广泛使用，有源滤波器是新一代的谐波补偿装置，具有良好的补偿特性，能同时满足补偿谐波和无功功率要求，由于其价格较高维护复杂等缺点，在我国应用还不太广泛。

四、结语

电网高次谐波引起电网公害，导致供电质量下降，严重影响各种电气设备的安全运行。本文从高次谐波分析数学方法入手，阐述了高次谐波的抑制方法，如装设滤波器，通过这些措施，阻止这些高次谐波进入电网，达到了抑制谐波的目的。

参考文献：

【1】 潘志．近代分析数学基础．徐州：中国矿业大学出版社．1993年

【2】 任子晖．煤矿电网谐波分析与治理．徐州：中国矿业大学出版社．2003年 【3】 吴敬昌．电力系统谐波．北京：水利电力出版社．1988年

第二篇：电网谐波检测分析方法

电网谐波检测分析方法

随着非线性负荷的发展和增多,在多个供电点向系统流入谐波电流,使电网的谐波水平及日益升高，为保证电能质量，向广大用户提供优质合格的电能，特制定本办法，望公司有关科室，及广大电力客户予以认真贯彻执行。

一、目的:限制系统电压、电流正弦波形畸变程度或偕波分量的大小，以保证电力系统包括用户的安全、经济运行，特别是容易遭受偕波危害和干扰的设备的正常运行。

二、保证系统的电能质量，使系统的电压波形保持在合格的范围内，满足各种用电设备的正常供电要求。

三、把电网中的电压总偕波畸变率及含有率控制在允许的范围内，保证电能质量。

二、适用范围

本办法适用与交流50HZ，35KV及以下公共电网及供电的电力用户。

三、监测点和测试量

（1）原则上选取偕波用户和接入公用电网公共连接点作为偕波监测点，测量该点的偕波电压和偕波源用户流入公用电网的偕波电流，监测点的偕波水平符合国家标准规定。

（2）偕波电压和偕波电流的偕波次数一段量第2-19次，根据偕波源的特点或测试分析结果可适当的变动偕波次数的测量范围，前者用含有率（%）表示，后者用有效值（A)表示。偕波电压测量取总偕波畸变率THDu(%)。

（3）日常检测是对检测点的偕波电压、偕波用户的偕波电流以及引发偕波事故的有关量进行连续或定时测量，统计超标偕波及观察变化趋势。

四、偕波预测

（1）偕波预测包括偕波评估计算。新偕波源的接入、电容器补偿的投入，电网偕波的发展趋势以及使偕波异常或事故采取的对策等，均需要进行较为正确的预测计算工作，一般借助于计算程序进行计算。

五、偕波源管理

（1）现有偕波源的管理：应建立和健全偕波源的技术档案，包括设备的容量、型式、参数，主接线，有关供电系统及参数，有关电容器的参数，偕波设计计算值和实测值等。当偕波源产生的偕波电压超出标准规定的允许值时，应按就地处理的原则，限期采取措施。

（2）新建或增容的偕波源的管理：偕波源用户在申请用电时，应根据偕波源和系统公用电网参数，进行偕波计算，对于超出标准的用户，需采取限制偕波的措施。

六、电网偕波管理

（1）根据系统的结构，建立偕波源用户、电容器及偕波电压监测数据的档案，重点管理电网容量较小，偕波源较大，结构薄弱，易引起偕振的地区。

（2）分析和寻找电网偕波电压超标的原因，对有关偕波源和电容器采取针对性的措施。

（3）对新增电容补偿的设计，核算偕波的可能性。

（4）偕波管理应采取分层，分级的管理体系，下级电网应满足上级电网的管理要求。

七、各科室的职责及分工

（1）生技科负责电网和用户偕波的日常管理工作，建立健全偕波源档案及汇总偕波定期报表，负责新上偕波源用户的审批，提出偕波监测点的设置及更改方案。增加新的偕波监测点，定期开展偕波普查分析工作，完善偕波管理网。

（3）营销科、四到户办公室、各供电所分别负责各自管辖范围内的偕波源用户日常数据的采集工作，监督其偕波情况，对于超指标的用户限期整改。定期报表，同时，负责各用户的偕波监测仪的正常运行及缺陷统计工作。

（3）调度所负责湘东电网的偕波检测管理工作，根据湘东电网的运行情况，及时监测偕波流入量。负责各变电所的消偕装置及偕波监测仪的日常巡视（4）检修安装公司负责各变电所及用户的削偕装置及偕波监测一的维护及安装工作。

八、各级电网偕波电压允许值（1）电压总偕波畸变率

（2）用户流入电网的偕波电流允许值

第三篇：高次谐波的产生及其治理

高次谐波的产生及其治理

一、概述

目前，许多变电所的负荷中含有大量非线性负荷，如整流装置、交-交变频装置、炼钢电弧炉、中频炉、电力机车、交流电焊机、高频电焊机、中频淬火炉、高频淬火炉、计算机的开关电源、带电子镇流器的荧光灯等。供电给这些非线性负荷的系统电压即使为理想正弦波，它们工作时的电流也是非正弦电流。这些非正弦电流波形按傅氏级数可以分解为基波及一系列不同频率和振幅的谐波。谐波频率为基波频率的整数倍时，称为高次谐波；其频率为基波频率的非整数倍时，称为分数谐波或旁频波；其频率低于基波频率时，称为次谐波。谐波电流流经系统中包括发电机、输电线、变压器等各种阻抗元件时，必然产生非正弦的电压降，使交流系统内各点的电压波形也发生不同程度的畸变。电压畸变的程度取决于非线性负荷容量与电网容量的相对比值以及供电系统对谐波频率的阻抗，畸变的电压反过来对整流装置从系统中取用的电流波形又有影响。因而谐波电流和谐波电压是相伴而生、相互影响的。

二、谐波危害 2.1通讯干扰

非线性负荷供电系统产生的谐波对与其邻近的通讯线路产生静电感应及电磁感应，在通讯系统内产生不良影响。2.2同步发电机的影响

电力系统中的同步发电机，特别是以非线性负荷为主或以发电电压直接供给非线性负荷的同步发电机，高次谐波对其有较大不良影响。谐波电流引起定子特别是转子部分的附加损耗和附加温升，降低了发电机的额定出力。2.3对异步电动机的影响

谐波引起电机角速度脉动，严重时会发生机械共振。对电动机的功率因数和最大转矩都有影响。2.4对电力电容器的影响

由于电容器的容抗和频率成反比，电力电容器对谐波电压最为敏感。谐波电压加速电容器介质老化，介质损失系数tgδ增大，容易发生故障和缩短寿命，谐波电流常易使电容器过负荷而出现不允许的温升。电容器与电力系统还可能发生危险的谐振。此时，电容器成倍地过负荷，响声异常，熔断器熔断，使电容器无法运行。伴随着谐振，在谐振环节常出现过电压，造成电气元件及设备故障或损坏，严重时影响系统的安全运行。

2.5对电缆线路绝缘的影响

对电缆线路，非正弦电压使绝缘老化加速，漏泄电流增大；当出现并联谐振过电压时，可能引起放炮并击穿电缆。2.6对变压器的影响 谐波电压使变压器激磁电流增大，效率变低，并恶化其功率因数。谐波放大会造成主变声音异常。2.7对测量仪的影响

高次谐波会引起电度表误差，谐波频率愈高，误差愈大，且均为负误差。

2.8对继电保护自动装置等的影响

当谐波电压水平较高时，对供电系统的电压自动调节的误差有所增加。负序系统的高次谐波电流对具有负序电流谐波滤波装置的继电保护装置有不良影响。谐波电流恶化甚至破坏利用电力线路作为联系通道的远动装置的工作。2.9对整流装置的影响

高次谐波对脉冲—相位控制的可控硅（晶闸管）整流装置有较大影响，可能造成脉冲丢失而烧坏可控硅管。

由于谐波的这些危害，所以在设计和建设非线性负荷的配电时，必须满足国家制订的谐波标准《电能质量公用电网谐波》GB/T14549-93要求，采取抑制和消除谐波的措施。抑制和消除谐波，主要归结为抑制和消除谐波电流，使电压畸变率和系统注入公共连接点的 谐波电流符合国家标准。

三、公用电网谐波国家标准

国家标准GBT/14549-93中谐波电压限值和谐波电流允许值如下： 3.1公用电网谐波电压（相电压）限值见表1： 表1电网标称电压(kv)

电压总畸变率(％)

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

3.0 2.4 1.2

2.0 1.6 0.8

3.2谐波电流允许值

3.2.1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中规定的允许值。当公共连接点的最小短路容量不同于基准短路容量时，表2中的谐波电流允许值的换算为：

Ih=（Sk1/Sk2）×Ihp

式中：Sk1——公共连接点的最小短路容量，MVA； Sk2——基准短路容量，MVA；

Ihp——表2中的第h次谐波电流允许值，A； Ih——短路容量为Sk1时的第h次谐波电流允许值。表2注入公共连接的谐波电流允许值标准 电压 kv 基准短 路容量 MVA

谐波次数及谐波电流允许值，3 4 5 6 7 8

A 9 10 11 12 13

0.38 10 78 62 39 62 26 44 19 21 16 28 13 24 100 43 34 21 34 14 24 11 11 8.5 16 7.1 13 100 26 20 13 20 8.5 15 6.4 6.8 5.1 9.3 4.3 7.9

250 15 12 7.7 12 5.1 8.8 3.8 4.1 3.1 5.6 2.6 4.7

500 16 13 8.1 13 5.4 9.3 4.1 4.3 3.3 5.9 2.7 5.0

75.12 9.6 6 9.6 4.0 6.8 3.0 3.2 2.4 4.3 2.0 3.7

续表2注入公共连接的谐波电流允许值标准 电压 kv 基准短 路容量 MVA

谐波次数及谐波电流允许值，A 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 0.38 10 11 12 9.7 18 8.6 16 7.8 8.9 7.1 14 6.5 12 100 6.1 6.8 5.3 10 4.7 9.0 4.3 4.9 3.9 7.4 3.6 6.8 100 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 2.2 2.5 1.9 3.6 1.7 3.2 1.5 1.8 1.4 2.7 1.3 2.5

500 2.3 2.6 2.0 3.8 1.8 3.4 1.6 1.9 1.5 2.8 1.4 2.6

750 1.7 1.9 1.5 2.8 1.3 2.5 1.2 1.4 1.1 2.1 1.0 1.9 3.2.2同一公共接点的每个用户向电网注入的谐波电流允许值按此用户在该点的协议容量与其公共接点的供电设备容量之比进行分配。分配的计算方式见下式： Im=Ih(Si/St)1/α

式中：Im——公共接点处第i个用户的第h次谐波电流允许值，A；

Ih——按式(1)换算的第h次谐波电流允许值，A； Si——第i个用户的用电协议容量，MVA；

St——公共接点的供电设备容量，MVA； α——相位迭加系数，按表3取值。表3h 3 5 7 11 13

9(>13)偶次

α

1.1 1.2 1.4 1.8 1.9 2

四、谐波电流发生量 4.1整流装置谐波电流理论值

整流装置谐波有特征谐波和非特征谐波之分，特征谐波是指整流装置运行于正常条件下所产生的谐波。正常条件下的电源为三相对称系统，供电回路为三相对称回路。对于可控硅整流装置而言，各相控制角及特性没有差异。若整流装置运行于非正常条件下除产生特征谐波外，还产生非特征谐波。

特征谐波具有间断性幅值频谱，其谐波次数由整流相数决定。可以用一个简单的通式来表达。如以p代表相数（脉波数），k为正整数，则特征谐波次数为n=kp±1。

特征谐波幅值大小与重迭角γ和控制角α及容量有关，工程应用可由曲线查得。

非特征谐波可能具有连续的幅值频谱，其谐波次数不可能用一个简单的通式来表达。非特征谐波幅值大小虽可从理论上加以推导，但很困难且不准确。通常数值不大，工程上可取In=（0.15～0.2）I1/n。但个别工程由于整流装置的控制角误差而引起的非特征谐波值很大，甚至比特征谐波值还大。这时应调整整流装置的触发系统，使非正常谐波值减小。否则，谐波滤波装置的组数需增加，投资需增大。4.2交流电弧炉谐波电流发生量

炼钢电弧炉在熔化期间内，由于电弧特性是非线性的，将产生大量的谐波电流，而且三相电流不平衡，具有较多的3次谐波。从电流波形看出，正负两部分也是不对称的，说明还存在偶次谐波。主要是2次谐波。

电弧炉谐波电流的频率是一组连续频谱，其中整数谐波2、3、4、5、6、7次的幅值较大，而非整数次幅值较小。

在熔化期内，谐波电流随电弧电流变化，其峰值与均方根值相差很大。谐波滤波装置设计不宜采用瞬时峰值，应按最严重一段时间内的谐波电流平均值考虑。对一运行的电弧炉，最好通过测试取得。对新建或无条件测试的可参考表三选取。表4n 1 2 3 4 5 6 7

In/I1 100 7~11 8~13 4~6 5~7 2~3 2~3

五、谐波治理方法

5.1增大供电系统对谐波的承受能力；提高系统的短路容量；采用较高电压供电。

5.2减小谐波发生量：增加整流装置的脉动数、增大换向电抗、改善触发对称度；同类型非线性负荷尽量集中供电，利用谐波源之间的相位不同相互抵消部分谐波。

5.3避免谐波放大和谐振，选择合适的电容器组参数或采用合适参数串联电抗器。5.4安装电力谐波滤波装置 加大系统的短路容量难以实现，增加整流器的等效相数也受到限制，当等效相数超过12相时，需增加移相设备，同时会带来维修运行上的不便，安装谐波滤波装置就成了首选。谐波滤波装置既能消除谐波，又能补偿无功功率，提高功率因数，具有显著的经济效益。5.5抑制快速变化谐波的措施

快速变化的谐波源(如电弧炉、电力机车、晶闸管供电的轧机、卷扬机等)除产生谐波外，往往还引起供电电压的波动和闪变，抑制快速变化谐波的技术措施就是在谐波源处并联装设静补装置，又称动态无功补偿装置。静补装置的基本结构是由快速可变的电抗器或电容器组合而成。

目前技术上较成熟，工程上应用较多的有下述四种基本形式：

1.自饱和电抗器；2.晶闸管控制电抗器；3.晶闸管控制高漏抗变压器；4.晶闸管投切电容器。

我公司开发的“晶闸管过零触发装置”专利技术，应用于晶闸管投切电容器动态谐波滤波装置，其动态响应速度达到了晶闸管控制电抗器动态谐波滤波装置性能，其对谐波的吸收效果优于晶闸管控制电抗器动态谐波滤波装置。5.6有源电力滤波器

有源电力滤波器是运用电力电子技术，向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相同、方向相反的电流，使流入电源的总谐波电流为零。

目前国内有源电力滤波器产品功率较小，价格较高，尚未大量使用。

有源电力滤波器技术是谐波治理技术的发展方向。

六、电力高次谐波滤波装置 6.1谐波滤波装置谐波器支路种类 谐波滤波器大致分为以下几种：（图一)a：单调谐谐波滤波器：频带窄，滤波效果好，损耗小，调谐容易，是使用最多的一种类型。

b：双调谐谐波滤波器：可代替两个单调谐谐波滤波器，只有一个电抗器（L1）承受全部冲击电压，但接线复杂，调谐困难，仅在超高压系统中使用。

c：一阶高通谐波滤波器：因基波损耗大，一般不采用。d：二阶高通谐波滤波器：通频带很宽，滤波效果好，但损耗比单调谐大，通常用于较高次谐波。

e：三阶高通谐波滤波器：电容器利用率较高，基波损耗小，但滤波效果不如二阶高通谐波滤波器，一般用于电弧炉滤波。

f：“C”式高通谐波滤波器：性能处于二阶和三阶高通谐波滤波装置之间，R的基波损耗最小，适用于电弧炉谐波滤波装置。

最常用的谐波滤波器为单调谐谐波滤波器和二阶高通谐波滤波器。

6.2 谐波滤波器的原理

我们以单调谐谐波滤波器为例来介绍一下谐波滤波装置的原理：（图二）

流入系统的谐波电流为：Isn=In×Xfn/（Xfn+Xsn）其中：

In——谐波电流发生量； Isn——流入系统的谐波电流； Xsn——系统的谐波阻抗； Xfn——谐波滤波器的总谐波阻抗。

谐波滤波器的总谐波阻抗为：Xfn=Rfn+j（2πfL－1/（2πfC））其中：

Xfn——谐波滤波器的总阻抗； Rfn——谐波滤波器的总电阻 f——流过谐波滤波器的电流的频率 L——电抗器的电感量 C——电容器的电容量

当在某次谐波下2πfL—1/（2πfC）=0时，Isn=InRfn/（Rfn+Xsn）。

一般地，Rfn＜＜Xsn，此时Isn＜＜In。

谐波电流绝大部分流入谐波滤波器，极小部分流入系统。这就是谐波滤波装置吸收谐波的原理。6.3谐波滤波装置的设置原则 谐波滤波装置的设置原则如下：

a、谐波滤波装置投运后，系统电压总畸变率和流入系统电流必须满足国家颁布的谐波管理规定。

b、谐波滤波装置可安装在总降变电所或车间。安装于总降变电所可实现集中滤波和无功补偿。安装于车间可实现无功就地补偿。两者各有利弊。

c、谐波滤波装置设计应考虑背景谐波和近期发展的非线性负荷。留有一定裕量。6.4谐波滤波装置设计步骤

6.4.1设计谐波滤波装置时用户应提供以下资料：

a、公共连接点（P.C.C.点）的最小短路容量(Sk1，MVA)。b、变压器铭牌参数。c、每台用电设备容量。

d、谐波源设备工作方式(整流方式、工作原理)e、最好能提供实测电能质量参数。6.4.2谐波滤波装置容量的确定 谐波滤波装置总容量确定的基本原则：

a、满足滤波效果的要求，即保证流入系统的各次谐波电流和母线上的综合电压畸变率在国标（GB/T14549-93）规定的范围之内。b、谐波滤波装置的基波无功输出要满足无功功率补偿的需要量。在满足上述技术要求前提下，装置容量不宜过大。一则会使投资增加，二则会使母线或系统电压升高。6.4.3谐波滤波装置的支路设置

谐波滤波装置一般分为几个支路，根据谐波发生量的次数和大小设置各支路的参数，在满足负载无功补偿需要量、满足公共连接点（P.C.C.点）的电压畸变率和流入系统各次谐波电流要求的前提下，要避免在某次谐波频率下产生并联电流谐振，以保证谐波滤波装置的长期安全运行。

谐波发生量的次数和大小由现场测试或理论计算确定。现场测试能准确测量出系统中存在的谐波量的次数和大小，为谐波滤波装置的设计提供准确的参数。6.4.4谐波滤波装置的结构和性能

谐波滤波装置由滤波电容器、调谐电抗器、微电感电阻器、柜架、开关柜等主要设备组合而成。一般装有2—4个单调谐谐波滤波装置，有时包括一个高通谐波滤波装置或“C”式谐波滤波装置，依不同场合具体参数优化设计而定。6.5谐波滤波装置的运行操作与维护保养

a、滤波装置必须严格按照设计要求进行运行操作，投入谐波滤波装置从低次往高次，切除谐波滤波装置从高次往低次。b、高压谐波滤波装置运行时，任何人不得进入安全网门内。谐波滤波装置切除后，经10分钟放电，并进行可靠接地后，安全网门内方可进入。

c、当谐波滤波装置室温度超过规定值时，应启动降温设备。d、滤波电容器和调谐电抗器应定期测量C（uf）、tgδ、L（mh）、绝缘电阻等。

e、谐波滤波装置室应定期清扫，遇有风雪或风沙天气，应关闭门窗。

我公司拥有多套谐波滤波装置的设计、制造、安装、调试、运行经验。我们愿为您提供以下服务： a、谐波在线测量

包括各种非线性负荷的谐波电流发生量、引起供电线母线电压正弦波形畸变率、电力系统背景谐波等。b、谐波评估

实测或理论计算谐波发生量及其危害的预测，并提出治理的初步方案。

c、滤波装置的优化设计

包括设备参数选择、最佳系统设计和主要组件的设备设计以及工厂设计。

d、提供滤波装置成套设备，并进行设备安装或安装指导。e、滤波装置现场调谐试验。f、现场装置的指标考核。

第四篇：高次谐波及其抑制措施

高次谐波及其抑制措施

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2006-05-23 09:21:47

来源：电子查询网

以前，人们基本上只根据电压的幅值和周波的稳定性来衡量电能的质量。近年来，随着工业生产的发展，尤其是冶金、化工产品的开发、电气铁道系统的不断扩大，以及电力电子技术的迅速发展，各种整流装置、频率变换装置得到广泛应用，大量的非线性负荷接入电网，使得电网电压已不是人们所想象的正弦波，而是发生了较大畸变，即产生了高次谐波。高次谐波污染电网，会引起各种电气设备过热、振动、产生噪音甚至损坏，还会引起计量仪表失准，或导致继电保护装置误动作，造成重要的生产过程中断甚至重大事故的发生。所以近10多年来，世界上许多国家已相继把电网电压中高次谐波的含量当作衡量电能质量的一项重要指标。在谐波抑制技术方面，有了许多成果，由交流电抗器和电容器组成的无源滤波器国内外均已大量应用到工程保护项目中，而有源电力滤波器的初步应用实践表明这一新型的谐波抑制装置有着更为广阔的发展前景。1 谐波及其产生

按国际上公认谐波定义为：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波的倍数”。由于谐波的频率是基波频率的整数倍数，也常称它为高次谐波。

除了特殊情况外，谐波的产生主要是由于大容量电力和用电整流或换流，以及其他非线性负荷造成的。这些电力或用电设备从电力系统中吸收的畸变电流可以分解为基波和一系列的谐波电流分量。其谐波电流值实际上和50 Hz基波电压值和供电网的阻抗几乎无关。因此，对大多数谐波源视作为恒流源，它们与50 Hz基波不同，后者一般是恒流源。现代电力系统中发电机和变压器在正常稳态运行条件下，它们本身不会造成电网中电压或电流的较大畸变，虽然在暂态扰动时（例如系统发生短路故障时、切合空载或空载投入变压器时）以及超出其正常工作条件时（例如变压器运行在其额定工作电压以上时）将可能增大其产生的谐波含量。

系统中主要的谐波源是各种整流设备、交直流换流设备、电子电压调整设备、电弧炉、感应炉、现代工业设施为节能和控制使用各种电力电子设备、非线性负荷以及多种家用电器和照明设备等。电气铁道机车采用的大容量单相整流供电设施，除了产生大量谐波电流外，还对三相交流供电系统产生不平衡负荷和负序电流、电压。这些负荷都使电力系统的电压和电流产生畸变，并对电力设备和广大用户设备及通信线路产生危害或干扰影响。值得注意的是电视机也是一个谐波源，据测试，黑白电视机的谐波总含量达基波电流的90%，而彩色电视机的谐波电流更高，达基波电流的122%，它们的单台容量虽然不大，但数量众多，且大都在同一时间投入使用，其造成的谐波危害不容忽视。

由于谐波的危害性，所以许多国家都发布了限制电网谐波的国家标准，或由权威机构制定限制谐波的规定。世界各国所制定的谐波标准大都比较接近。国家技术监督局于1993年发布了中华人民共和国国家标准GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》，该标准从1994年3月1日起开始实施（下面内容均引自该标准）。表1表示各级电压波形畸变率及各次谐波电压含量的限制。

为了控制电网的谐波电压，必须限制每个谐波用户注入电网的谐波电流。标准对谐波电流也作了限制（本文仅摘录其中部分奇次谐波限值）。

 公用电网公共接地点的全部用户向该点注入的谐波电流分量（均方根值）不应超过表2中规定的允许值。2 谐波抑制技术

抑制电力系统谐波，主要有以下两方面的措施。

(1)减少谐波源产生的谐波含量 这种措施一般在工程设计中予以考虑，最有效的办法是增加整流装置的脉波数，常用于大型整流装置中。

(2)在谐波源附近安装滤波器 就近吸收谐波电流，由交流电抗器和电容器组成的无源滤波器国内外已大量应用到工程实际中，而有源电力滤波器的初步应用实践表明这一新型的谐波抑制装置有着更为广阔的发展前景。

无源滤波器利用电路的谐振原理，即当发生对某次谐波的谐振时，装置对该次谐波形成低阻通路，而达到滤波的目的。在结构上它是由电力电容器、电抗器和电阻经适当组合而成，运行中与谐波源并联，除起滤波外还兼顾无功补偿的需要。无源滤波器结构简单，造价低，运行费用也低，在吸收高次谐波方面效果明显。但由于其结构原理上的原因，在应用中也存在着一些难以克服的缺点：

①抑制较低次谐波的单调谐滤波器只对调谐点的谐波效果明显，而对偏离调谐点的谐波无明显效果，而实际工程设计时考虑设计投资又不可能靠增加滤波器的方法解决。

②当系统中谐波电流增大时，无源滤波器可能过载，甚至损坏设备。而且滤波效果随系统运行情况而变化，当系统阻抗和频率波动时，滤波效果变差。

③当系统阻抗和频率变化时，可能与系统发生并联谐振，使装置无法运行，甚至使整个滤波系统无法正常运行。例如1978年底建成的武钢1700 mm热轧带钢厂成套引进工程，在设备试运行期间就曾发生过精轧主传动装置与3次谐波滤波器谐振的事故百余次。

国内外的设计研究人员均注意到无源滤波器设计和运行中存在的问题，虽然采取了一系列的措施，但因无源滤波器在原理上带来无法克服的缺点，有必要采用其他滤波方式来抑制谐波，有源滤波器就是一种新型的谐波抑制装置。

有源电力滤波器的工作原理的整体构成如图1所示。

图1中的检测及控制电路对负载电流进行检测，分离出谐波及基波无功部分，用以控制主电路输出相应的补偿电流。而负载电流il按傅里叶级数展开为：

式中，i1q为基波有功电流；i1q为基波无功电流；ih为高次谐波电流。θl是基波电流初相位，θn为n次谐波初相位。

在图1中，il=is+ic即负载电流由系统电源电流is和有源滤波器输出的电流ic共同提供，如果控制有源电力滤波器的输出电流，使ic=ih,则系统电源中就只需供给基波电流（有功与无功）了，即is=i1q+i1q,从而达到抑制谐波目的。简单说，有源电力滤波器只要产生一个与负载谐波幅值相等，相位相同（在图示参考方向下，若取is和il参考方向和图中相反，ic参考方向与图中相同，则相位相反）的电流注入谐波源，即可将谐波抵消掉，使之不会流入系统电源。由上述分析我们还可知，有源电力滤波器还可同时补偿无功功率，这时只需使ic=ih+i1q，则is=i1q,即系统电源中就只需供给负载电流中的基波有功电流，这样图1中的is就是补偿了谐波和基波无功电流后的系统电源供给的电流。 3 高次谐波和无功电流的检测及控制

有源滤波器的效果如何，取决于如下3个方面：

(1)高次谐波和无功电流的正确检测；

(2)补偿电流的控制方案；

(3)主电路的结构。

要使滤波器有很好的滤波效果，第一步我们必须正确检测出高次谐波和无功电流，如果这一步都做不好的话，下面的设计就无从谈起。现在的检测法主要有3种：

(1)频率分析法该方法利用快速傅里叶变换，把负载电流中欲抵消的分量检出，再合成总的补偿电流。这种方法运算量相当大，当谐波的次数较高，微机的适时计算有困难，难以满足准确、实时性的要求。

(2)瞬时无功功率理论基于瞬时无功功率理论的电流检测法理论比较成熟，如图2所示，它采用p-q法，将三相瞬时电压和电流变换到二相正交的α-β坐标上，得到二相瞬时电压和瞬时电流，然后根据定义得到瞬时有功功率p和瞬时无功功率q，再经过滤波器，滤波器可用高通滤波器，让高次谐波通过，而抑制基波部分，也可以用低通滤波器从瞬时功率中取出基波有功成分，把它变换成三相基波电流，再用三相负载电流减去这三相基波电流，再经反变换即得三相补偿电流。 

此种方法优点是能快速跟踪补偿电流，进行适时补偿，缺点是成本高，系统损耗大，特别当补偿谐波次数较高时，需要较高的PWM控制开关频率。

(3)自适应用检测法、预测检测法、基于滑模原理的方法等。

以上是检测电流的方法，电流检测出后，我们还必须对补偿电流进行控制，它也有3种控制方法，这3种方法各有优劣。

(1)滞环控制可获得较好的控制性能，兼有快速响应，开关频率不太高和简单易行的特点，被广泛使用。

(2)三角波载波线性控制利用一个三角波和高次谐波比较从而得到不同时刻逆变器的开关状态。此方法的响应速度快，缺点是开关频率不固定且较高，产生噪声和造成较大的开关损耗及高频失真。

(3)无差拍控制是一种在电流滞环比较控制技术基础上发展起来的全数字化控制技术。该方法利用前一时刻的补偿电流参考值和实际值，计算出下一时刻的电流参考值及各种开关状态下逆变器电流输出值，选择某种开关模式作为下一时刻的开关状态，从而达到电流误差等于零的目标。该方法的优点是能够快速响应电流的突然变化；缺点是计算量大，而且对系统参数依赖性较大。

随着高速DSP(数字信号处理机)芯片的应用，近年来不断有新的改进方法出现。4 结语

电力系统中的谐波“污染”已经十分的严重，日本作为电力电子技术最发达的国家，有源电力滤波器已经到了普及应用阶段。在我们国家，现在很多的大学和科研机构都在进行谐波抑制技术方面的研究，已经取得了很大的进展。相信在不久的将来，我们也会开发出适合我国国情的谐波抑制装置。参考文献 1王兆安，等.谐波抑制和无功功率补偿.北京：机械工业出版社，1998 2秦梅，等.三相平衡和不平衡系统中有害电流的检测技术.电工技术杂志，2000 3胡铭，等.有源滤波技术及其应用.电力系统自动化，2000 4王晓毛.基于DSP有源电力滤波器的研究.广东工业大学硕士学位论文，2000 5赤木教授.有源电力滤波器全数字控制系统的调试要点.冯垛生译（日）.东京工业大学，2002

第五篇：电网谐波污染治理可行性分析报告

电网谐波污染治理可行性分析报告

1．项目名称

电网谐波污染治理 2。项目所在地

河北省廊坊市文安县新镇工业区 3。项目承办企业

保定三伊电力电子有限公司 4。项目简介

补偿无功、提高功率因数、达到降低损耗、节约电能

增强变压器或线路带负载能力；

减少谐波的集肤效应，降低损耗；

延长变压器和其他相关电器设备的使用寿命；

降低电磁干扰，提高自动化设备、通讯系统、保护工作的可靠性；

抑制电压变化提高产品质量。5。项目所需投资额

项目所需投资额400万元 6．项目需资金原因

主要用谐波测试及谐波设备购置安装调试，现用于谐波治理的设

备已投入138万元，检测设备17万元。7．项目承办企业规模

保定三伊电力电子有限公司是一间以提供电力系统电能质量监测控制、无功补偿设备与器件、谐波治理产品为核心事业的高科技企业。公司被保定市高新技术认定委员会认定为保定市高新技术企业。2002年11月通过ISO9001-2000版质量保证体系的全面认证。企业现有一批经验丰富的中、高级技术人员和管理人员，拥有一批训练有素的技术工人；公司拥有生产车间、组装车间、测试车间等生产部门和一个技术开发中心。公司拥有全套完整的波峰焊接生产线和各种产品组装线，检测设备齐全，生产工艺精湛测试手段完善，服务周到，技术一流。企业通过IS009001：2000质量体系认证后，其有效运行为保证质量奠定了坚实的基础。

8．产品型号规格与产量

三伊无功补偿及滤波装置

STF-SY 9。产品节能效益

我局自2005年加大了对谐波治理的力度，局长亲自带领谐波治理 负责人去谐波治理设备厂去考察，购置了谐波测试系统，对谐波 进行再线监测。对超标的谐波坚持就地的原则进行谐波治理。武 局长亲自到新镇，组织谐波源用户多次开会，并邀请新镇镇政府 领导参加，讲明了谐波治理的重要性，谐波治理给用户带来的效 益。并帮助用户定货签协议。有的用户对谐波治理工作不支持，我们局组织有关科室对其作了大量工作，但厂总经理就是不理解 我们对其作了强制整改的通知，并对其采取了停电措施，现在该 厂已经安装并投运了谐波治理设备。现已有15个厂投运了谐波治 理设备，已经投运的用户各项指标均达到国家标准，电能质量符合 国际GB/T14549-93《电能质量

公用电网谐波》的要求，功率因 数达到0。92以上，节电率75%，年节电量600万千瓦时。