1.前言

如今，隨著電力電磁兼容技術(shù)的快速發(fā)展，電力負(fù)荷的類型越來越多，特別是變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)系統(tǒng)以其方便的過程控制、顯著的節(jié)能效果、維護(hù)簡單、數(shù)字化等特點(diǎn)得到了越來越多的應(yīng)用。無論是哪種變頻器，都會(huì)在變頻器的輸出端產(chǎn)生高諧波，進(jìn)入諧波會(huì)通過輸入電源線影響公共電網(wǎng)。輸出端諧波對(duì)電機(jī)等負(fù)荷有很大的不利影響，促使電網(wǎng)在穩(wěn)定運(yùn)行下產(chǎn)生越來越多的諧波。諧波都來自哪里.都有何危害.怎樣檢測(cè).今天我們關(guān)心的是如何抑制等等。

2.諧波源

諧波來自各種諧波源，據(jù)說“諧波源”一般指各種特定的電氣設(shè)備，即非線性電氣設(shè)備或非線性電力負(fù)荷。其中，電力電子設(shè)備是電網(wǎng)的重要組成部分，有大量的變壓器組.鐵心電抗器.電弧爐.變頻驅(qū)動(dòng)或可控硅整流直流驅(qū)動(dòng)設(shè)備.計(jì)算機(jī).用于關(guān)鍵負(fù)荷ups電源(ups).節(jié)能熒光燈系統(tǒng).電氣產(chǎn)品和電子產(chǎn)品是諧波源。這種非線性負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)污染、電力質(zhì)量下降、配電設(shè)備故障、嚴(yán)重情況甚至安全事故。

3.諧波傷害

當(dāng)電力電子設(shè)備的容積達(dá)到連接的電網(wǎng)短路容量0時(shí).3-0.當(dāng)由諧波諧振引起的電網(wǎng)參數(shù)約為5倍或較低時(shí)，可能很容易在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生諧波諧振“諧波不穩(wěn)”。5.7次諧波含量占總諧波含量的很大比例，其中5次諧波含量占總諧波含量的45%，其中80%。諧波損傷主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)電機(jī)變壓器上高諧波電流皮膚收集效果嚴(yán)重時(shí)，容易造成部分高溫和變壓器銅損傷比例增加。

(2)由于諧波電流與基波磁場(chǎng)的相互作用，會(huì)產(chǎn)生不良振動(dòng)分析，加速軸和軸承疲勞，縮短壽命，提高變壓器噪聲。

(3)電機(jī)諧波軸承受較大諧波的電壓容易穿透軸承潤滑油膜，導(dǎo)致放電損壞軸承。

(4)電網(wǎng)中大量三次諧波導(dǎo)致電力電容器快速“鼓肚”和“放炮”在撤離操作中，三次諧波穿過中線會(huì)使線路超溫，甚至發(fā)生火災(zāi)。

(5)在一定的環(huán)境下，電力電子設(shè)備運(yùn)行過程中產(chǎn)生的瞬時(shí)刺電壓是造成電纜絕緣故障和損壞的主要原因。

(6)諧波也可能導(dǎo)致保護(hù)裝置的誤動(dòng)。

(7)諧波信號(hào)頻率高.大能量可以有電容耦合.電磁感應(yīng).電氣傳輸?shù)忍匦裕瑢?duì)通信造成不可避免的影響。

(8)諧波超標(biāo)容易破壞電子原器件或減少電子原器件的使用壽命。

(9)諧波會(huì)導(dǎo)致公共電網(wǎng)部分并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，進(jìn)而變大諧波，進(jìn)而大大增加上述傷害，甚至導(dǎo)致其他重大事故。

4.國家標(biāo)準(zhǔn)

gb／t14549-93電能質(zhì)量-公共電網(wǎng)諧波表1。

表2為引入公共節(jié)點(diǎn)的諧波電流規(guī)定值。

表1 電能質(zhì)量-公用電網(wǎng)諧波標(biāo)準(zhǔn)

表2 注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值

5.諧波測(cè)量

上述諧波的危害使它成為*必要時(shí)，在電網(wǎng)和監(jiān)測(cè)電網(wǎng)日常運(yùn)行中電能質(zhì)量的重要因素。由于電網(wǎng)諧波問題的多樣性，很難根據(jù)某些理論準(zhǔn)確地反映電網(wǎng)的具體情況。一般采用檢測(cè)到的電網(wǎng)諧波效應(yīng)，以確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行和高質(zhì)量的電源。

目前，從儀器性能測(cè)試的目的來看，可以分為:諧波檢測(cè)器報(bào)警儀.諧波分析儀.電能質(zhì)量綜合檢測(cè)儀。發(fā)達(dá)國家在諧波分析儀的開發(fā)和應(yīng)用方面具有優(yōu)異的技術(shù)，儀器功能完善.檢測(cè)范圍廣，使用方便可靠，價(jià)格昂貴。但是國產(chǎn)儀器的特點(diǎn)可能很差，數(shù)據(jù)收集也不理想，但是價(jià)格很低。比如:國內(nèi)的dxj一系列諧波檢測(cè)儀.美國fluke電能質(zhì)量檢測(cè)儀.日產(chǎn)數(shù)據(jù)電能檢測(cè)儀.國產(chǎn)gxf系列諧波分析儀等。

6.諧波治理

抑制諧波損傷的對(duì)策主要是抑制諧波源本身和通信路徑。基本概念：一是組裝諧波補(bǔ)償設(shè)備補(bǔ)償諧波，二是改造電力電子設(shè)備本身，減少諧波，功率因素可控制為1，三是在市政電網(wǎng)中采取適當(dāng)?shù)膶?duì)策來抑制諧波，具體做法如下：

6.1抑制諧波所采取的措施

(1)選擇電力電子設(shè)備時(shí)，盡量選擇脈沖較大或有一定移相角的換流變壓器。12相脈沖整流thdv大約10%-15%，18相脈沖整流thdv大約3%-8%，缺點(diǎn)是必須使用專用變壓器，不利于設(shè)備改造，價(jià)格較高；

(2)電源電流.線路阻抗.找出負(fù)載特性不平衡的原因，改善電源三相不平衡；

(3)設(shè)備本身無法改進(jìn)時(shí)，可在諧波源周圍組裝有源電源濾波器，吸收諧波電流，但補(bǔ)償水平小，成本高；

(4)具有諧波多樣性的裝置應(yīng)集中，否則分散或重疊的應(yīng)用，適度限制多個(gè)諧波的工作模式；

(5)提高供電容量，降低諧波含量；

(6)增強(qiáng)串聯(lián)電抗器，增強(qiáng)與電氣系統(tǒng)的電氣間距，減少諧波的相互作用；

(7)組裝無功功率補(bǔ)償設(shè)備，抑制電壓波動(dòng).閃變.三相不平衡；

(8)電源線與動(dòng)力線分離，盡量選擇雙絞線，減少共模干擾；

(9)提高設(shè)備或設(shè)備的性能，提高電氣設(shè)備的抗干擾性；

(10)使用通信電子控制系統(tǒng)時(shí)，盡量增加檢測(cè)信號(hào)和輸出軟件過濾器的操作部分，以提高系統(tǒng)本身的抗干擾性。

無源電源波安裝方法簡單，體型小，.無功補(bǔ)償效果良好，適用于穩(wěn)定的諧波場(chǎng)。非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流以及過濾器與系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)之間的電壓損失，導(dǎo)出和負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流相同.相反，諧波電流起到補(bǔ)償諧波的作用。動(dòng)態(tài)性能好，響應(yīng)時(shí)間短(15μs)，三相補(bǔ)償諧波電流低功率損耗(低于設(shè)備最大功率的3%)，適用于臨時(shí)諧波或諧波成分復(fù)雜、變化快、偶然性高的場(chǎng)地。

6.2應(yīng)用案例

工廠廣泛采用變頻調(diào)速，多見6脈沖開啟變頻器，5次諧波含量高。每個(gè)人都有一個(gè)980kw／690v西門子6脈沖變頻器推動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)。諾基亞的無源電源濾波器連接到變頻器的輸入端，關(guān)鍵是吸收變頻器產(chǎn)生的五個(gè)諧波。前五個(gè)諧波失真率為28.8%，交付使用后為1.7%，補(bǔ)償率超過90%。基本避免了5次全面諧波干擾，延長了元器件的使用壽命。無源濾波器系統(tǒng)中的電容器增加了線路末端的功率因數(shù)，達(dá)到100%。節(jié)能統(tǒng)計(jì)顯示，投資后節(jié)電8000投資前一個(gè)月少8000度。

7.結(jié)語

諧波在一定程度上破壞了公共電網(wǎng)，成為電網(wǎng)的污染物之一。目前，各種方法都有一定的缺陷。因此，分析和研究如何抑制諧波也將成為一個(gè)關(guān)鍵課題。