蔣超萍

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰214405

【摘要】

目前電網(wǎng)中的高壓配電的許多用戶，對諧波的危害也沒有引起足夠的重視，往往認為諧波治理是電力部門的事情,是一種單邊行為，就此而言,作為電力歸口管理部門有必要加強諧波治理方面的宣傳，強例諧波治理的重要性。文章論述了諧波治理的一些具體措施。

【關(guān)鍵詞】

電網(wǎng)諧波；治理措施

　　諧波治理是綜合治理過程，是改善供電品質(zhì)的重要手段。GB/T 14549-1993《電能質(zhì)量一公用電網(wǎng)諧波》對電網(wǎng)各級電壓諧波水平進行了量化限制，對用戶注入公用電網(wǎng)的諧波電流也進行了相應(yīng)的規(guī)定，在主網(wǎng)、城網(wǎng)中，諧波治理有明確的規(guī)定和要求，而日益發(fā)展的農(nóng)村電網(wǎng)對有關(guān)諧波的治理并未引起足夠的重視，認識還有待提高。目前農(nóng)網(wǎng)中的高壓配電的許多用戶，對諧波的危害也沒有引起足夠的重視，往往認為諧波治理是電力部門的事情，是一種單邊行為，就此而言，作為電力歸口管理部門有必要加強諧波治理方面的宣傳，強調(diào)諧波治理的重要性。在對諧波準確測量的基礎(chǔ)上，提出適合用戶的治理方案。這樣做，不僅能夠改善整個網(wǎng)絡(luò)的電力品質(zhì)，同時也能延長用戶設(shè)備使用壽命，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低電磁污染環(huán)境, 減少能耗，提高電能利用率。

1  諧波的來源

　　電網(wǎng)中諧波主要來自于兩方面：用戶的非線性負荷和電源系統(tǒng)。

　　1.1來自非線性負荷

　　隨著電力電子技術(shù)發(fā)展，供電系統(tǒng)中增加了大量非線性負載，從低壓小容量家用電器到高壓大容量的工業(yè)交、直流變換裝置都有著廣泛應(yīng)用。非線性用電設(shè)備已是產(chǎn)生諧波的主要原因。

　　1.2來自系統(tǒng)的影響

　?。?）系統(tǒng)中交流發(fā)電機內(nèi)部定子和轉(zhuǎn)子間的氣隙，由于受到鐵心齒、槽和工藝的影響，分布不均勻，雖然各相電勢的波形對稱，但三相電勢中含有一定數(shù)量的奇次諧波；（2）電網(wǎng)中大量變壓器的勵 磁電流含有奇次諧波成分，當變壓器空載或過勵磁時則更為嚴重，并由此構(gòu)成了主要的穩(wěn)定性諧波源；（3）電網(wǎng)中投切空載變壓器或電容器時，其合閘涌流注入電網(wǎng)也會形成突發(fā)性的諧波源。

2  諧波對電網(wǎng)的危害

　　電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波達到一定的程度時，會對電網(wǎng)運行、電網(wǎng)中電氣設(shè)備以及連接的負載都會產(chǎn)生危害，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

　　2.1諧波對電網(wǎng)運行的危害

　　諧波對電網(wǎng)運行的危害主要有：（1）諧波可使電力系統(tǒng)發(fā)生電壓諧振，從而在線路上產(chǎn)生諧振過電壓，這就有可能使線路和設(shè)備的絕緣被擊穿，造成短路事故；（2）諧波還可造成系統(tǒng)的繼電保護和自動裝置誤動作，影響系統(tǒng)的正常運行；（3）諧波量大時能使系統(tǒng)中反應(yīng)工頻正弦量的多數(shù)jian視、測量儀表出現(xiàn)誤差；（4）諧波的存在不僅影響通訊系統(tǒng)通話的清晰度，嚴重時會產(chǎn)生諧振干擾整個通訊系統(tǒng)；（5）諧波還會影響功率因數(shù)補償效果；（6）諧波嚴重時可使計算機系統(tǒng)失控。

　　2.2諧波對電網(wǎng)電氣設(shè)備的危害

　　諧波對電網(wǎng)電氣設(shè)備的危害主要有：（1）對發(fā)電機、電動機的影響：感應(yīng)電動勢中的高次諧波在同步電機氣隙中磁性磁場沿電樞表而的分布一般呈平頂波形。利用傅里葉級數(shù)可將其分解為基波和一系列小波形。諧波次數(shù)V=l、3、5、7,高次諧波電動勢的存在，使發(fā)電機的電動勢波形變壞，而且發(fā)電機本身的雜散損耗變大，溫升增同，串入電網(wǎng)的諧波電流還會干擾通信；（2）對變壓器的影響：由于變壓器中磁路常出現(xiàn)飽和狀態(tài)，這時，勵磁電流中會岀現(xiàn)三次諧波磁通，它通過油箱壁或其它構(gòu)件時，將在這些構(gòu)件中產(chǎn)生渦流 損耗，從而使變壓器效率變低，縮短變壓器的使用壽命；（3）對電力電容器的影響：諧波電壓加在電容器兩端時，電容器對諧波電流呈現(xiàn)較小的阻抗，且諧波次數(shù)越高，阻抗越小，因此電容器很容易發(fā)生過載甚至燒毀。

3  諧波具體治理措施

　　釆取一些措施來消除這些對各種電子設(shè)備和電網(wǎng)造成很大危害的諧波，下面簡單介紹一下消除諧波的方法和措施。

　　3.1濾波

　　所謂的濾波就是，一個電信號中有若干種成分，把其中一部分交流信號過濾掉就叫濾波。一般將電力電網(wǎng)或電力設(shè)備中某些不需要的交流信號去掉，通常釆用濾波的手段。可以很好的消除諧波，尤其是高次諧波。濾波又可以分為有源濾波和無源濾波。就目前來說，無源濾波應(yīng)用較多，效果較好，價格較低。包括三種形式：

　　（1）串聯(lián)濾波。對3次諧波的治理效果明顯。

　?。?）并聯(lián)濾波?？梢詾V出多次諧波，并給系統(tǒng)提供無功補償，是應(yīng)用廣泛的消除諧波，凈化電源的裝置。

　?。?）低通濾波（串并混合）。對高次諧波治理效果更佳。

　　而我們常用的就是并聯(lián)電容器補償，

　　主要有以下三種補償方式：

　　（1）集中補償方式。將高壓電容器集中安裝在總降壓變電所或功率因數(shù)較低、負荷較大的配電所高壓母線上。

　?。?）分散補償。對用電負荷分散和功率因數(shù)較低的車間變電所，釆用低壓并聯(lián)電容器安裝在低壓配電室。

　?。?）就地補償。對距供電點較遠的大、中容量連續(xù)工作制的電動機（如風(fēng)機、水泵、壓縮機、球磨機等），應(yīng)釆用電動機無功功率就地補償裝置。如下圖所示。它不僅可以提高功率因數(shù)，而且可以減少線路損失，減小總電流，對提高變壓器負載率有明顯效果。

　　電動機無功功率就地補償裝置

　　為了減少和避免高次諧波對并聯(lián)補償裝置的危害，釆用對高次諧波的治理措施為減少諧波電流流入電容器和合閘涌流，可串聯(lián)適當?shù)碾娍蛊鳌Ｆ涓锌怪祽?yīng)在可能產(chǎn)生的任何諧波下，均使電容器回路的總電抗為感抗，從而消除諧振的可能。為了防止可能出現(xiàn)鐵磁諧振，一般應(yīng)采用無鐵芯電抗器。

　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，有源濾波補償技術(shù)日益成熟，并得到了廣泛應(yīng)用。較傳統(tǒng)的無源濾波補償系統(tǒng)，它具有功能多，適應(yīng)性好及響應(yīng)速度快等優(yōu)點，隨著價格的不斷下降，應(yīng)用將日益普遍。

　　有源濾波器是一套使用模擬和數(shù)字邏輯電路進行電流檢測和電流注入，以消除諧波和提供無功電源的電力電子系統(tǒng)。通過適當?shù)脑O(shè)計選型，有源濾波器能大量減少諧波，并將功率因數(shù)提高到接近1的水平。有源濾波器直接并聯(lián)至線路中產(chǎn)生諧波的負荷。對于3相3線電力系統(tǒng)，電流傳感器安裝于其中的兩相上，為邏輯控制電 路提供負荷的電流波形。有源濾波器邏輯電路會去除波形中的基頻 （50和60赫茲）成分。邏輯電路將剩余的波形反向并調(diào)整IGBT的觸發(fā)來復(fù)制這一反向波形。這樣的處理得到的結(jié)果用于去除上游電 力系統(tǒng)諧波電流。由于諧波電壓是諧波電流流過電源阻抗而產(chǎn)生的，因此它們也顯著地減少。有源濾波補償系統(tǒng)在很多重要場所應(yīng)用效果非常好，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)和機關(guān)團體的配電網(wǎng)中。

　　3.2接地

　　正確的接地既可以使系統(tǒng)有效地治理外來干擾，又能降低設(shè)備本身對外界的干擾。在實際應(yīng)用系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)電源零線（中線）、 地線（保護接地、系統(tǒng)接地）不分、控制系統(tǒng)屏蔽地（控制信號屏 蔽地和主電路導(dǎo)線屏蔽地）的混亂連接，大大降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。變頻器的接地與其它動力設(shè)備接地點分開，不能共地。

　　3.3屏蔽

　　屏蔽干擾源是治理干擾的有效的方法。通常變頻器本身用鐵殼屏蔽，不讓其電磁干擾泄漏；輸出線好用鋼管屏蔽，特別是以外部信號控制變頻器時，要求信號線盡可能短(一般為20m以內(nèi))， 且信號線釆用雙芯屏蔽，并與主電路線(ac380v)及控制線(ac220v) *分離，決不能放于同一配管或線槽內(nèi)，周圍電子敏感設(shè)備線路也要求屏蔽。為使屏蔽有效，屏蔽罩可靠接地。

　　3.4采用多相脈沖整流

　　在條件允許或是要求諧波限制在比較小的情況下，可釆用多相整流的方法。12相脈沖整流THDV大約為10%?15%, 18相脈沖整流的THDV約為3%?8%,滿足標準的要求。缺點是需要變壓器，不利于設(shè)備的改造，價格較高。

　　3.5釆用電抗器

　　在變頻器的輸入電流中頻率較低的諧波分量(5次諧波、7次諧 波、11次諧波、13次諧波等)所占的比重是很高的，它們除了可能 干擾其他設(shè)備的正常運行之外，還因為它們消耗了大量的無功功率， 決策模型的一個重要組成部分。增加模型的邊界條件使線路的功率因數(shù)大為下降。在輸入電路內(nèi)串入電抗器是治理較低諧波電流的有效方法。

4  安科瑞諧波治理產(chǎn)品介紹

4.1安科瑞ANAPF系列有源電力濾波器介紹

有源電力濾波器并聯(lián)在含諧波負載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)討B(tài)變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償。其原理為：ANAPF系列有源電力濾波器通過CT采集系統(tǒng)諧波電流，經(jīng)控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統(tǒng)中，從而抵消非線性負載所產(chǎn)生的諧波電流。

圖4-1

4.2安科瑞有源電力濾波器主要技術(shù)參數(shù)

4.3安科瑞有源電力濾波器選型

立柜式

備注：具體尺寸按報價方案為準。

模塊化

5  結(jié)論

地區(qū)電網(wǎng)的電能質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到區(qū)域工業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟的發(fā)展，也與人民的生活切實相關(guān)，而電網(wǎng)諧波是電能質(zhì)量的主要污染，因此，對電網(wǎng)諧波的治理工作對于電力系統(tǒng)而言意義重大。本文論述了諧波的產(chǎn)生、危害，從技術(shù)和管理的角度研究了電網(wǎng)諧波的治理方法和措施。隨著我國電能質(zhì)量治理工作的深入開展，我們應(yīng)該不斷在技術(shù)上不斷更新，在制度上大力革新，爭取能在電網(wǎng)諧波治理方面取得更大的成就，保證為社會提供清潔的能源。

［參考文獻］

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[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2019.11版

[3] 安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測與治理選型手冊.2019.11版

[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2019.11版