第一篇：电力系统谐波检测和治理论文
摘要：目前电力系统谐波危害已经引起了各个部门的关注，为了整个供电系统的供电质量，必须对谐波进行有效的检测和治理。
关键字：电力谐波检测治理
前言
随着我国工业化进程的迅猛发展，电网装机容量不断加大，电网中电力电子元件的使用也越来越多，致使大量的谐波电流注入电网，造成正弦波畸变，电能质量下降，不但对电力系统的一些重要设备产生重大影响，对广大用户也产生了严重危害。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，因而了解谐波产生的机理，研究和清除供配电系统中的高次谐波，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。
一、电力系统谐波危害
①谐波会使公用电网中的电力设备产生附加的损耗，降低了发电、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谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等故障，变压器局部严重过热，电容器、电缆等设备过热，绝缘部分老化、变质，设备寿命缩减，直至最终损坏。
③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。
④谐波会导致继电保护和自动装置误动作，造成不必要的供电中断和损失。
⑤谐波会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给供电部门或电力用户带来直接的经济损失。
⑥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。
⑦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。
⑧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。
二、谐波检测方法
1.模拟电路
消除谐波的方法很多，即有主动型，又有被动型；既有无源的，也有有源的，还有混合型的，目前较为先进的是采用有源电力滤波器。但由于其检测环节多采用模拟电路，因而造价较高，且由于模拟带通滤波器对频率和温度的变化非常敏感，故使其基波幅值误差很难控制在10%以内，严重影响了有源滤波器的控制性能。近年来，人工神经网络的研究取得了较大进展，由于神经元有自适应和自学习能力，且结构简单，输入输出关系明了，因此可用神经元替代自适应滤波器，再用一对与基波频率相同，相位相差90度的正弦向量作为神经元的输入。由神经元先得到基波电流，然后检测出应补偿的电流，从而完成谐波电流的检测。但人工神经网络的硬件目前还是一个比较薄弱的环节，限制了其应用范围。
2.傅立叶变换
利用傅立叶变换可在数字域进行谐波检测，电力系统的谐波分析，目前大都是通过该方法实现的，离散傅立叶变换所需要处理的是经过采样和A/D转换得到的数字信号，设待测信号为x(t)，采样间隔为t秒，采样频率=1/t满足采样定理，即大于信号最高频率分量的2倍，则采样信号为x(nt)，并且采样信号总是有限长度的，即n=0，1……N-1。这相当于对无限长的信号做了截断，因而造成了傅立叶变换的泄露现象，产生误差。此外，对于离散傅立叶变换来说，如果不是整数周期采样，那么即使信号只含有单一频率，离散傅立叶变换也不可能求出信号的准确参数，因而出现栅栏效应。通过加窗可以减小泄露现象的影响。
3.小波变换
小波变换已广泛应用于信号分析、语音识别与合成、自动控制、图象处理与分析等领域。电力谐波是由各种频率成分合成的、随机的、出现和消失都非常突然的信号，在应用离散傅立叶变换进行处理受到局限的情况下，可充分发挥小波变换的优势。即对谐波采样离散后，利用小波变换对数字信号进行处理，从而实现对谐波的精确测定。小波可以看作是一个双窗函数，对一信号进行小波变换相当于从这一时频窗内的信息提取信号。对于检测高频信息，时窗变窄，可对信号的高频分量做细致的观测；对于分析低频信息，这时时窗自动变宽，可对信号的低频分量做概貌分析。所以小波变换具有自动“调焦”性。其次，小波变换是按频带而不是按频点的方式处理频域信息，因此信号频率的微小波动不会对处理产生很大的影响，并不要求对信号进行整周期采样。另外，由小波变换的时间局部可知，在信号的局部发生波动时，不会象傅立叶变换那样把影响扩散到整个频谱，而只改变当时一小段时间的频谱分布，因此，采用小波变换可以跟踪时变和暂态信号。
三、电力系统谐波治理
限于篇幅问题，本文在此只介绍基于改造谐波源本身的谐波抑制方法，基于改造谐波源本身的谐波抑制方法一般有以下几种。
(1)增加整流变压器二次侧整流的相数
对于带有整流元件的设备，尽量增加整流的相数或脉动数，可以较好地消除低次特征谐波，该措施可减少谐波源产生的谐波含量，一般在工程设计中予以考虑。因为整流器是供电系统中的主要谐波源之一，其在交流侧所产生的高次谐波为tK1次谐波，即整流装置从6脉动谐波次数为n=6K1，如果增加到12脉动时，其谐波次数为n=12K1(其中K为正整数)，这样就可以消除5、7等次谐波，因此增加整流的相数或脉动数，可有效地抑制低次谐波。不过，这种方法虽然在理论上可以实现，但是在实际应用中的投资过大，在技术上对消除谐波并不十分有效，该方法多用于大容量的整流装置负载。
(2)整流变压器采用Y/或/Y接线
该方法可抑制3的倍数次的高次谐波，以整流变压器采用/Y接线形式为例说明其原理，当高次谐波电流从晶闸管反串到变压器副边绕组内时，其中3的倍数次高次谐波电流无路可通，所以自然就被抑制而不存在。但将导致铁心内出现3的倍数次高次谐波磁通(三相相位一致)，而该磁通将在变压器原边绕组内产生3的倍数次高次谐波电动势，从而产生3的倍数次的高次谐波电流。因为它们相位一致，只能在形绕组内产生环流，将能量消耗在绕组的电阻中，故原边绕组端子上不会出现3的倍数次的高次谐波电动势。从以上分析可以看出，三相晶闸管整流装置的整流变压器采用这种接线形式时，谐波源产生的3n(n是正整数)次谐波激磁电流在接线绕组内形成环流，不致使谐波注入公共电网。这种接线形式的优点是可以自然消除3的整数倍次的谐波，是抑制高次谐波的最基本方法，该方法也多用于大容量的整流装置负载。
(3)尽量选用高功率因数的整流器
采用整流器的多重化来减少谐波是一种传统方法，用该方法构成的整流器还不足以称之为高功率因数整流器。高功率因数整流器是一种通过对整流器本身进行改造，使其尽量不产生谐波，其电流和电压同相位的组合装置，这种整流器可以被称为单位功率因数变流器(UPFC)。该方法只能在设备设计过程中加以注意，从而得到实践中的谐波抑制效果。
(4)整流电路的多重化
整流电路的多重化，即将多个方波叠加，以消除次数较低的谐波，从而得到接近正弦波的阶梯波。重数越多，波形越接近正弦波，但其电路也越复杂，因此该方法一般只用于大容量场合。另外，该方法不仅可以减少交流输入电流的谐波，同时也可以减少直流输出电压中的谐波幅值，并提高纹波频率。如果把上述方法与PWM技术配合使用，则会产生很好的谐波抑制效果。该方法用于桥式整流电路中，以减少输入电流的谐波。
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，在此就不再详细论述。
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。
参考文献：
电能质量－公用电网谐波 GB／T14549-1993[J]
吕润馀．电力系统高次谐波．[M]．北京：中国电力出版社，1998
陈伟华．电磁兼容实用手册．北京：机械工业出版社，1998
第二篇：SD 126-1984 电力系统谐波管理暂行规定
电力系统谐波管理暂行规定
SD126～84 第一章 总则
第一条 电力系统中的谐波主要是治金、化工、电气化铁路等换流设备及其他非线性用电设备产生的。随着硅整流及可控硅换流设备的广泛使用和各种非线性负荷的增加，大量的谐波电流注入电网，造成电压正弦波形畸变，使电能质量下降，给发供电设备及用户用电设备带来严重危害。为保证向国民经济各部门提供质量合格的50赫兹电能，必须对各种非线性用电设备注入电网的谐波电流加以限制，以保证电网和用户用电设备的安全经济运行，特制订本规定。
第二条 本规定适于电力系统以及由电网供电的所有电力用户。
第三条 电网原有的谐波超过本规定的电压正弦波形畸变率极限值时，应查明谐波源并采取措施，把电压正弦波形畸变率限制在规定的极限值以内。在本规定颁发前已接入电网的非线性用电设备注入电网的谐波电流超过本规定的谐波电流允许值时，应制订改造计划并限期把谐波电流限制在允许范围以内。所需投资和设备由非线性用电设备的所属单位负责。
第四条 新建或扩建的非线性用电设备接入电网，必须按本规定执行。如用户的非线性用电设备接入电网，增加或改变了电网的谐波值及其分布，特别是使与电网连接点的谐波电压、电流升高，用户必须采取措施，把谐波电流限制在允许的范围内，方能接入电网运行。
第五条 进口设备和技术合作项目亦应执行本规定。但如对方的国家标准或企业标准的全部或部分规定比本规定严格，则应按对方较严格的规定执行。
第六条 谐波对通讯等的影响应按国内有关规定执行。
第七条 用户用电设备对谐波电压的要求较本规定的电压正弦波畴变率极限更严格时，由用户自行采取限制谐波电压的措施。
第二章 电压正弦波形畸变率极限值和谐波电流允许值
第八条 电网中任何一点的电压正弦波形畴变率均不得超过表1规定的极限值。
表1 电网电压正弦畸形畸变率极限值(相电压)如110千伏电网电压正弦波形畸变率已接近或超过1.5%，但经过测量和计算，下一级电网的电压正弦形畸变率未超过表1规定的极限值时，110千伏电网电压正弦波形畸变率可限制在2%以内。
第九条 限制用户非线性用电设备注入电网的谐波电流是控制电网电压正弦波形畴变的关键。任一用户注入电网连接点的各次谐波电流均不得超过表2规定的允许值。
第十条 用户与电网连接点原有的总电压正弦波形畸变率未超过表1规定的极限值的75%，且新增非线性用电设备向电网注入的谐波电流不超过表2规定的允许值，则允许该用电设备接入电网。
第十一条 用户与电网连接点原有的总电压正弦波形畸变率已超过表1规定的极限值的75%，或新增非线性用电设备向电网注入致谐波电流超过表2规定的允许值时，应由电力部门经过核算，确定该用电设备接入电网的技术措施和供电方案。
第十二条 单台换流设备或交流调压装置的容量不超过表3的规定值时，供电部门可不进行谐波核算即允许接入电网。但是，在公共连接点接入多个换流设备或交流调压装置，总容量超过表3的规定值时，应按第十条、第十一条和附录中(二)的有关规定办理。
第十三条 电流冲击持续时间不超过2秒钟，并且两次冲击之间的间隙时间不小于30秒钟，这种短时间的冲击电注所包含的谐波分量称为短时间谐波电流(或暂态谐波电流)。注入电网的短时间谐波电流，不属于本规定第九条和第十二条的限制范围。
表3 单台三相换流设备和交流调压装置接入电网的允许容量
注：因三相三脉冲换流器向低压电网注入直流，因此必须经过适当的隔离变压器才允许接入0.38千伏电网。第十四条 单相或三相不对称非线性用电设备接入电网，按第十条和第十一条的规定执行。但考核其注入电网的谐波值，应以谐波电流最大的一相作为依据。
用户注入电网的谐波电流允许值 表2 见附表中(2)之3。第十五条 对由110千伏及以上电压供电的用户在接入电网前，应计算非线性用电设备注入的谐波电流在电网中的分布和电压正弦波形畸变率，以便采取措施使电网各部分电压正弦波形畸变率均不超过表1规定的极限值。还应检验并采取措施防止发生谐振和谐波放大。
第十六条 计算电网各部分电压正弦波形畸变率时，应采用电网最小运行方式时该用户接入点的最小短路容量。
第三章 谐波管理
第十七条 各级电力部门对电网的谐波情况，应定期进行测量分析。当发现电网电压正弦波形畸变率超过表1的规定时，应查明谐波源并按第三条的规定，协助非线性用电设备所属单位采取措施，把注入电网的谐波电流限制在表2规定的允许值以下。在新的非线性用电设备接入电网前后，均要进行现场测量，检查谐波电流、电压正弦波形畸变率是否符合本规定。
第十八条 电力部门和用户均应校核接入电网的电力电容组是否会发生有害的并联谐振、串联谐振和谐波放大，防止电力设备因谐波过电流或过电压而损坏。为此，电力部门和用户所安装的电力电容器组，应根据实际存在的谐波情况，采取加装串联电抗器等措施，保证电力设备安全运行。
第十九条 应概括据谐波源的分布，在电网中谐波量较高的地点逐步设置谐波监测点。在该点测量谐波电压，并在向用户供电的线路的送电端测量谐波电流。
测量或计算谐波的次数应不少于19次。即需测量或计算2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19次谐波电压和谐波电流。
第二十条 在正常情况下，谐波测量应选拔在电网最小运行方式和非线性用电设备的运行周期中谐波发生量最大的时间内进行。谐波电压和电流应选取5次测量接近数值的算术平均值。
第二十一条 电力系统的运行方式和谐波值都是经常变化的，当谐波量已接近最大允许值时，应加强对电网发供电设备运行工况的监视，避免电器设备受谐波的影响而发生故障。在电网谐波量较高的地点，要逐步安装谐波警报指示器，以便进一步分析谐波情况，并采取措施，保证电力设备安全运行。
第三篇：供电系统谐波治理技术讲座供电系统谐波治理技术讲座
供电系统谐波治理技术讲座
无源电力滤波器的设计与调试
华北电力大学电气工程学院
一、无源LC滤波器根本原理和结构
LC滤波器仍是应用最多、最广的滤波器。
1、常用的两种滤波器：调谐滤波器和高通滤波器。
2、滤波器设计要求
1〕使注入系统的谐波减小到国标允许的水平；
2〕进行基波无功补偿，供应负荷所需的无功功率。
3、单调谐滤波器
由图主电路可求：
调谐频率：
调谐次数：
在谐振点：∣z∣＝R
特征阻抗：
品质因数：
q为设计滤波器的重要参数，典型值q=30～60。
4、高通滤波器
用于吸收某一次数及其以上的各次谐波。如下图。
复数阻抗：
截止频率：
结构参数：，一般取m=0.5~2；
q=0.7
~
1.4
依据以上三式可设计高通滤波器的参数。
二、滤波器设计内容和计算公式
1、滤波器参数选择原那么
原那么：最小投资；母线
THDU
和进入系统的谐波电流最小；满足无功补偿的要求；保证平安、可靠运行。
参数设计、选择前必须掌握的资料：
1〕系统主接线和系统设备〔变压器、电缆等〕资料；
2〕系统和负荷的性质、大小、阻抗特性等；
3〕谐波源特性〔谐波次数、含量、波动性能等〕；
4〕无功补偿要求；要到达的滤波指标；
5〕滤波器主设备参数误差、过载能力、温度等要求。
以上资料是滤波器参数选择、设计必要条件。
案例设计问题：没有系统最终规模的谐波资料……
2、滤波器结构及接线方式选择
由一组或数组单调谐滤波器组成，有时再加一组高通滤波器。工程接线可灵活多样，但推荐采用电抗器接电容低压侧的星形接线，主要优点是：
1〕任一电容击穿短路电流小；
2〕设备承受的仅为相电压；
3〕便于分相调谐。
高通滤波器多采用二阶减幅型结构〔基波损耗小，频率特性好，结构简单〕。经济原因高通滤波器多用于高压。
1、滤波器参数选择原那么
原那么：最小投资；母线
THDU
和进入系统的谐波电流最小；满足无功补偿的要求；保证平安、可靠运行。
参数设计、选择前必须掌握的资料：
1〕系统主接线和系统设备〔变压器、电缆等〕资料；
2〕系统和负荷的性质、大小、阻抗特性等；
3〕谐波源特性〔谐波次数、含量、波动性能等〕；
4〕无功补偿要求；要到达的滤波指标；
5〕滤波器主设备参数误差、过载能力、温度等要求
以上资料是滤波器参数选择、设计必要条件。
本案例1段母线滤波器接线〔图纸拷贝〕……。
3、滤波器设计参数的分析处理
参数设计必须应依据实测值或绝对可靠的谐波计算值，但根据具体情况可作一些近似处理：
1〕母线短路容量较小或换算得到的系统电抗〔包括变压器〕XS较大时，可忽略系统等值电阻RS；
2〕系统原有谐波水平应通过实测得到，在滤波器参数设计时，新老谐波电流源应一起考虑；
3〕L、C制造、测量存在误差，以及f、T变化可能造成滤波器失谐，误差分析是参数设计必须考虑的问题；
4〕参数设计涉及技术指标、平安指标和经济指标，往往需经多个方案比拟后才能确定。
4、滤波器方案与参数的分析计算
1〕确定滤波器方案
确定用几组单调谐滤波器，选高通滤波器截止频率，以及用什么方式满足无功补偿的要求。
例如：三相全波整流型谐波源，可设5、7、11次单调谐滤波器，高通滤波器截止频率选12次。无功补偿要求沉着量需求平衡角度，通过计算综合确定。
2〕滤波器根本参数的分析
电容器根本参数：额定电压UCN、额定容量QCN、基波容抗XC，而XC=3
U2CN/
QCN〔这里QCN
是三相值〕。
为保证电容器平安运行，电压应限制在一定范围内。
3〕滤波器参数的初步计算〔按正常条件〕
设h次谐波电压含有率为HRUh，通过推导可得到：
其中，q
为滤波器的最正确品质因数。以上是从保证电容器电压要求初步选择的参数。但为保证电容器的平安运行还应满足过电流和容量平衡的要求，公式如下：
4〕滤波器参数的初步计算
串联电抗器参数
以上为单调谐滤波器参数的初步选择。
5〕滤波器参数的最后确定
滤波器最终参数需通过大量、屡次频率特性仿真计算结果确定；并根据要求指标进行校验。
为保证平安运行，还要选断路器、避雷器、保护等。
自动调谐滤波器〔改变电感
L〕能提高滤波效果。但由于技术经济的原因，目前应用不普遍。
5、滤波器参数指标的校验
1〕电压平衡
：校验支路滤波电容器的额定电压
2〕电流平衡：校验滤波电容器的过电流水平，IEC为1.45倍。
3〕容量平衡：QCN=
QC1〔基波容量〕+ΣQ
h
(谐波容量)；
对滤波支路仅考虑I1
和Ih
通过时，近似有：
6、其它分析、计算工作
1〕滤波支路等值频偏〔总失谐度〕的计算
2〕滤波支路品质因数q值的计算
其中，δs为滤波器接点看进去的系统等值阻抗角。
3〕滤波器性能和二次保护等分析计算
滤波器设计的技术性很强，需有专门的程序。除参数计算外，要能对滤波器的谐波阻抗、综合阻抗、谐波放大、局部谐振〔串、并联〕等滤波性能进行分析。
三、案例滤波器设计方法介绍
1、案例简介
2、谐波数据合成中频炉属交－直－交供电，换流脉动数为6，特征谐波值为6K±1次谐波。非对称触发等原因，存在非特征谐波。
福建中试测试：线2、线4和中频炉馈线；各谐波电压畸变率全部超标，5、11、13及以上谐波电流超标。
非在电网最小方式、钢厂非满负荷下的测试，测试结果偏小；及今后8台炉投运超标肯定更大。
设计问题：没有单台电炉谐波测试数据，没有新供电方案下负荷同时运行测试数据，需根据经验及现有供电方案谐波测试数据进行分析获取设计数据。
按电炉变80％负荷率合成各母线谐波电流……。
3、基波无功容量计算
按母线电炉全部运行功率因数大于0.9，单炉运行功率因数应小于1，治理前平均功率因数取0.85条件，通过程序计算各段母线的三相基波补偿容量：
10KV
I段：Q=3.8MVAR
10KV
II段：Q=2.65MVAR
605频炉线：
Q=1.9MVAR4、考核标准计算和滤波器配置选择
根据各母线的短路容量，计算各段母线电炉运行过程中的谐波考核标准；以及比照合成的谐波电流水平，选择、配置各段母线的滤波器。
总电压畸变率国标规定的限值
各级电网谐波电压限值〔%〕
电压〔KV〕
THD
奇次
偶次
0.38
5..4.0
2.0
6.10.4
3.2
1.6
35.66
2.4
1.2
1.6
0.0
允许注入电网的各次谐波电流国标规定限值〔局部〕
短路容量不同时的换算公式：
根据短路容量换算案例的各母线谐波电流允许值。
标称电压〔KV〕
基准短路容量〔MVA〕
010.0
100.0
0.260
020.0
013.0
020.0
008.5
015.0
006.4
006.8
005.1
009.3
〔I〕010.0
116.0
025.0
016.5
012.5
016.9
008.2
013.3
006.1
006.5
004.9
008.7
(II)010.0
116.0
019.1
010.1
009.5
010.8
006.2
009.0
004.7
005.0
003.7
006.5
(605)010.0
080.0
011.1
005.1
005.6
005.6
003.6
004.9
002.7
002.9
002.2
003.7
标称电压〔KV〕
基准短路容量〔MVA〕
010.0
100.0
004.3
007.9
003.7
004.1
003.2
006.0
002.8
005.4
002.6
002.9
〔I〕010.0
116.0
004.1
007.5
003.6
003.9
003.1
005.8
002.7
005.2
002.5
002.8
(II)010.0
116.0
003.2
005.7
002.7
003.0
002.3
004.4
002.1
004.0
001.9
002.1
(605)010.0
080.0
001.8
003.3
001.6
001.8
001.4
002.6
001.2
002.3
001.1
001.2
标称电压〔KV〕
基准短路容量〔MVA〕
010.0
100.0
002.3
.004.5
.004.5
002.1
004.1
〔I〕010.0
116.0
002.2
004.3
004.3
002.0
003.9
(II)010.0
116.0
001.7
003.3
003.3
001.5
003.0
(605)010.0
080.0
001.0
001.9
001.9
000.9
001.8
与合成的案例谐波比拟：各母线谐波电流均超标，由于装置的非同时触发，存在非特征谐波超标的现象。因此只能对主要的频谱进行设置滤波器；由于电炉运行方式大幅度变化，特别是10KV
I段负荷变化较大，受基波无功补偿容量限制，参数设计存在难度及影响其滤波效果。
综合考虑：各母线配置5、7、11、13次滤波器。
5、滤波器参数设计〔以10KV
I段为例〕
由于中频炉谐波为连续频谱谐波，以及基波补偿电容器的限制，滤波器参数设计很难满足要求，经几十次分析、比拟，确定的案例最终单相参数如下：
H5
H7
H11
H13
合计
电容器〔μF〕
27.51592
20.77733
22.98421
三相电容器安装容量〔kvar〕
1830
1350
1860
1269
6309
三相基波输出容量〔kvar〕
900
666
1108
726
3400
电抗器〔毫亨〕
14.74522
9.96178
2.39522
2.61115
考虑的问题：滤波效果，电压、电流、容量是否能够平衡，是否存在谐波放大，无功是否过补等，通过对参数进行屡次仿真，调整、比拟和评估设计效果，……。
1段母线补偿电容器和滤波器同时运行仿真例如：
仅滤波器投入运行的仿真例如。……。
四、设备定货、施工和现场调试
1、拟合标准指标与产品定货
按设计参数选配、拟合标准规格电容器，考虑电抗器调节范围，提出温升、耐压、损耗等指标。
电容器要求+误差，电抗器±5%可调，电容器质量…。
注意滤波电容器，干式、油侵电容器等问题……。
2、工程施工需要注意的问题
LC滤波器属工程，结合用户现场条件、情况，设计单位应提供完善的工程资料，安装、施工要求；由于滤波器现场安装，要求工程单位按设计施工、保证质量；做详细安装检查，保证连接正确，防止相序、设备接线错误
案例施工中的问题：连接、保护……
3、现场调试主要要求和方法
1〕要求：保证系统可靠运行，防止系统与滤波器谐振造成的谐波放大；投切过电压限制在有效范围内；保证滤波本身平安运行，不会导致电容、电感、电阻等不发生稳态过负荷，以及投、切时的过电压、过电流不损坏本体设备。
其中，多数与设计有关……。
2〕步骤：测量各种工况谐波；计算系统和滤波器频率特性，研究是否可能出现谐波放大，决定滤波器是正调偏还是负调偏；计算调整后的过电压、过电流；分析、考虑配置的保护，避雷器对投切、断路器重燃过电压有重要作用；编写滤波器投入方案，测量考核滤波效果。
案例调试中发生的问题：……。
3〕方法：
幅频特性法：谐振时Z=R，滤波器电流最大；电阻上的电压最大，滤波器总电压最小；因此，通过观测两个电压与预估的电压比拟，可确定调谐回路的谐振。
缺点：误差大，有计算误差、试验误差和观测误差。
相频特性法：把电阻电压和滤波器总电压分别送示波器两个通道进行相角比拟，可确定滤波器是否谐振。可采用同轴或不同轴两种方法。同轴法看到的是点重合或相反，因此误差大；不同轴法通过椭圆变成直线确定谐振，因此观察比拟容易，准确，工作量小。
放电振荡法：过程如图
放电时测量R上电压，记录波形；
测量周波时间，可计算谐振频率。
缺点：每测一次都需充、放
电一次，过程复杂，也不够准确。
因此，三种方法中，相频特性法比拟实用，而且可用频率计实际测量谐振频率；改变信号发生器频率，还可以测量滤波器的阻抗频率特性。
实际工程一般采用-5%〔负偏〕调谐滤波器。
4、案例工程运行测试结果〔1段母线〕
投运前：
电压〔V〕
电流〔A〕
功率因数
电压总畸变率%
电流总畸变率%
9800
540
0.88
10.1
5.1
投运后：
电压〔V〕
电流〔A〕
功率因数
电压总畸变率%
电流总畸变率%
10200
560
0.99
1.5
4.2
投运后各次谐波电流的95%最大值
五、关于电弧炉谐波治理的简介
1、电弧炉负荷特点和治理要求
1〕三相负荷电流严重不对称，严重时负序可达正序的50%～60%，熔化期也占20%。需解决不平衡问题；
2〕含有2、3、4、5、7等次谐波，产生的谐波电流频谱广，含有偶次谐波，谐波治理要求高；
3〕电弧炉随机运行在开路--短路--过载状态，很大的功率冲击，引起PCC母线电压变动，存在电压闪变问题。
4〕电炉变压器和短网消耗大量无功，因此运行功率因数非常低，增大电网损耗、降低电压水平。
小容量电弧炉可用
LC
无源滤波器，但对设计的要求比拟高，一般采用C型电力滤波器。
2、常用SVC形式和TCR补偿原理
常用的SVC有晶闸管控制电抗器〔TCR〕、自饱和电抗器〔SR〕和晶闸管投切电容器〔TSC〕三种。
TCR原理、结构，以及相关工程、技术问题如下：
3、TCR补偿与LC滤波的原理区别
1〕电弧炉负荷三相不平衡、无功冲击是根本原因，要求进行动态、分相补偿，TCR是解决问题的必须手段。同时解决电弧炉负荷产生、存在的问题。
TCR为动态补偿装置，响应时间在20ms内。
2〕LC滤波器以治理谐波为主，兼顾补偿系统无功。目前一般应用场合，不具备动态补偿功能。
电力机车谐波治理可采用投切方式〔非动态〕。
3〕采用那种类型的装置，涉及到负荷性质、滤波〔
或补偿〕效果、可行性和工程投资等。
解决问题是类型选择的原那么。TCR设计方法略。
第四篇：谐波的产生原因和治理方式
谐波的产生原因和治理方式 供电系统中的谐波
在供电系统中谐波电流的出现已经有许多年了。过去，谐波电流是由电气化铁路和工业的直流调速传动装置所用的，由交流变换为直流电的水银整流器所产生的。近年来，产生谐波的设备类型及数量均已剧增，并将继续增长。所以，我们必须很慎重地考虑谐波和它的不良影响，以及如何将不良影响减少到最小。1 谐波的产生
在理想的干净供电系统中，电流和电压都是正弦波的。在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。
在实际的供电系统中，由于有非线性负荷的存在，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，就形成非正弦电流。任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波。谐波频率是基频的整倍数，例如基频为50Hz，二次谐波为100Hz，三次谐波则为150Hz。因此畸变的电流波形可能有二次谐波、三次谐波„„可能直到第三十次谐波组成。2 产生谐波的设备类型
所有的非线性负荷都能产生谐波电流，产生谐波的设备类型有：开关模式电源(SMPS)、电子荧火灯镇流器、调速传动装置、不间断电源(UPS)、磁性铁芯设备及某些家用电器如电视机等。(1)开关模式电源(SMPS)：
大多数的现代电子设备都使用开关模式电源(SMPS)。它们和老式的设备不同，它们已将传统的降压器和整流器替换成由电源直接经可控制的整流器件去给存贮电容器充电，然后用一种和所需的输出电压及电流相适合的方法输出所需的直流电流。这对于设备制造厂的好处是使用器件的尺寸、价格及重量均可大幅度地降低，它的缺点是不管它是哪一种型号，它都不能从电源汲取连续的电流，而只能汲取脉冲电流。此脉冲电流含有大量的三次及高次谐波的分量。(2)电子荧光灯镇流器：
电子荧光灯镇流器近年被大量采用。它的优点是在工作于高频时可显著提高灯管的效率，而其缺点是其逆变器在电源电流中产生谐波和电气噪声。使用带有功率因数校正的型号产品可减少谐波，但成本昂贵。(3)直流调速传动装置：
直流电动机的调速控制器通常采用三相桥式整流电路，它也称作六脉冲桥式整流电路，因为在直流输出侧每周波内有六个脉冲(在每相的半波上有一个)。直流电动机的电感是有限的，故在直流电流中有300Hz的脉动波(即为供电频率的6倍)，这就改变了供电电流的波形。(4)不间断电源(UPS)：
根据电能变换方式和由外部供电到内部供电所用转换方式的不同，UPS有许多不同的类型。主要的类型有：在线的UPS、离线的UPS和线路交互作用的UPS。由UPS供电的负荷总是电子信息设备，它们是非线性的并且含有大量的低次谐波。
(5)磁芯器件：
在有铁芯的电抗器上的励磁电流和磁通密度之间的关系总是非线性的。如果电流波形是正弦波(亦即电路中串联的电阻很大)那么磁场中会有高次谐波，这被认为是强迫磁化过程。如果施加在线圈上的电压是正弦波形(亦即串联的电阻很
小)则磁通密度也将是正弦波形，而电流波形则含有高次谐波，这被认为是自由磁化过程。谐波引发的问题及解决措施
谐波电流在电源系统内以及装置内均会造成问题。但其影响和解决措施非常不一样，需要分别处理；适用于消除谐波在装置内不良影响的办法并不能减少谐波在电源系统内造成的畸变，反之亦然。
(1)装置内的谐波问题及解决措施：
有几个常见多发的问题是由谐波引起的：电压畸变、过零噪声、中性线过热、变压器过热、断路器的误动作等。
①电压畸变：因为电源系统有内阻抗，所以谐波负荷电流将造成电压波形的谐波电压畸变(这是产生“平顶”波的根源)。此阻抗有两个组成部分：电源接口(PCC)以后的电气装置内部电缆线路的阻抗和PCC以前电源系统内的阻抗，用户处的供电变压器即是PCC的一例。
由非线性负荷引起的畸变负荷电流在电缆的阻抗上产生一个畸变的电压降。合成的畸变电压波形加到与此同一电路上所接的全部其他负荷上，引起谐波电流的流过，即使这些负荷是线性的负荷也是如此。
解决的办法是把产生谐波的负荷的供电线路和对谐波敏感的负荷的供电线路分开，线性负荷和非线性负荷从同一电源接口点开始由不同的电路馈电，使非线性负荷产生的畸变电压不会传导到线性负荷上去。
②过零噪声：许多电子控制器要检测电压的过零点，以确定负荷的接通时刻。这样做是为了在电压过零时接通感性负荷不致产生瞬态过电压，从而可减少电磁干扰(EMI)和半导体开关器件上的电压冲击。当在电源上有高次谐波或瞬态过电压时，在过零处电压的变化率就很高且难于判定从而导致误动作。实际上在每个半波里可有多个过零点。
③中性线过热：在中性点直接接地的三相四线式供电系统中，当负荷产生3N次谐波电流时，中性线上将流过各相3N次谐波电流的和。如当时三相负荷不平衡时，中性线上流经的电流会更大。最近研究实验发现中性线电流会可能大于任何一相的相电流。造成中性线导线发热过高，增加了线路损耗，甚至会烧断导线。
现行的解决措施是增大三相四线式供电系统中中性线的导线截面积，最低要求要使用与相线等截面的导线。国际电工委员会(IEC)曾提议中性线导线的截面应为相线导线截面的200%。
④变压器温升过高：接线为Yyn的变压器，其二次侧负荷产生3N次谐波电流时，其中性线上除有三相负荷不平衡电流总和外，还将流过3N次谐波电流的代数和，并将谐波电流通过变压器一次侧流入电网。解决上述问题最简单的办法是采用Dyn接线的变压器，使负荷产生的谐波电流在变压器△形绕组中循环，而不致流入电网。
无论谐波电流流入电网与否，所有的谐波电流都会增加变压器的电能损耗，并增加了变压器的温升。
⑤引起剩余电流断路器的误动作：剩余电流断路器(RCCB)是根据通过零序互感器的电流之和来动作的，如果电流之和大于额定的限值它就将脱扣切断电源。出现谐波时RCCB误动作有两个原因：第一，因为RCCB是一种机电器件，有时不能准确检测出高频分量的和，所以就会误跳闸。第二，由于有谐波电流的缘故，流过电路的电流会比计算所得或简单测得的值要大。大多数的便携式测量仪表并
不能测出真实的电流均方根值而只是平均值，然后假设波形是纯正弦的，再乘一个校正系数而得出读数。在有谐波时，这样读出的结果可能比真实数值要低得多，而这就意味着脱扣器是被整定在一个十分低的数值上。
现在可以买到能检测电流均方根值的断路器，再加上真实的均方根值测量技术，校正脱扣器的整定值，便可保证供电的可靠性。(2)影响供电电源的谐波问题及解决措施：
《中华人民共和国电力法》指出：“用户用电不得危害供电、用电安全和扰乱供电、用电秩序”，《供电营业规则》中规定：“用户的非线性阻抗特性的用电设备接入电网运行所注入电网的谐波电流和引起公共连接点至正弦波畸变超过标准时，用户必须采取措施予以消除。”
由畸变电流造成的电压畸变取决于电源阻抗。阻抗愈大则由同一电流畸变所造成的电压畸变就愈大。对于10次以下的谐波而言，供电网络通常是感性的，所以电源阻抗就和频率成正比，谐波次数越高，所造成的畸变就越大。通常不可能减小供电系统的阻抗，所以需要采用别的步骤来保证电压畸变不超过限度。可能的解决方法有：装用谐波滤波器、装用隔离变压器和装用有源的谐波调节器。
①装用谐波滤波器：对于电动机控制器产生的谐波，谐波的形状很分明，可以用滤波器来降低谐波电流。对于六脉冲的控制器，滤波器可去掉20%的五次谐波以及全部的高次谐波，对基波影响甚微。为了避免增益顶峰靠近谐波，必须用解谐的滤波器，而且可能需装多个滤波器。在12脉冲桥路中最低次的谐波是11次的，此时情况比较简单。
②装用隔离变压器：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。使用这种变压器时，通常装设一个旁路的电路以避免在进行变压器的维护工作时长时期地对负荷停止供电。在这种情况下，应采用中性线有足够大的通用四芯馈线。在重要的配电系统中，有时把隔离变压器就地装在每一配电盘上，使3N次谐波电流与配电系统相隔离。隔离变压器要适当提高额定值，否则也会产生电压畸变和过热。
③装用有源的谐波调节器：由变流器/逆变器产生的边频带和谐波不能很好地用普通的滤波器来滤除，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。目前有源滤波器日益推广应用，它在工作时主动地注入一个电流来精确地补偿由负荷产生的谐波电流，就会获得一个纯粹的正弦波。这种滤波设备的工作靠数字信号处理(DSP)技术来控制快速绝缘栅双极晶体管(IGBT)。因为设备是与供电系统并联工作的，它只控制谐波电流，基波电流并不流过该滤波器。如果所需过滤的谐波电流比滤波器的容量大的话，它只是简单地起限制作用而使波形得到部分的纠正。
谐波"一词起源于声学。有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已经奠定了良好的基础。傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文。70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。世界各国都对谐波问题予以充分和关注。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会
议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。
供电系统谐波的定义是对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/f1）称为谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波（Non-harmonics）或分数谐波。谐波实际上是一种 干扰量，使电网受到“污染”。电工技术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。
谐波是怎么产生的？
电网谐波来自于3个方面：
一是发电源质量不高产生谐波：
发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。
二是输配电系统产生谐波：
输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流0.5%。
三是用电设备产生的谐波：
晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。我们知道，晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30%；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流；如果是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。
变频装置。变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。
电弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是2 7次的谐波，平均可达基波的8% 20%，最大可达45%。
气体放电类电光源。荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。
家用电器。电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。
第五篇：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
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