| 在配電網(wǎng)中，電壓和電流的波形應(yīng)是正常的正弦波,，然而隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)和電子技術(shù)的發(fā)展，工礦企業(yè)中大量采用的整流換流裝置,，冶金機(jī)械行業(yè)中大量采用電弧爐、軋機(jī),、變頻器,；化工行業(yè)中大量采用整流,、電石爐、電焊設(shè)備,；石化行業(yè)采用的機(jī)泵變頻調(diào)速裝置，其三相橋式可控整流注入大量5次諧波,；交通中運(yùn)輸中的電氣機(jī)車、電車,、地鐵,、軌道交通中大量采用的都是整流裝置,，這些電氣設(shè)備均屬非線性負(fù)荷，其電壓和電流均會(huì)發(fā)生不同程度的畸變,。畸變后的波形中含有高次諧波,，其中還包括家用電器在內(nèi)的由整流和變頻引起的小容量的高次諧波,，這些高次諧波產(chǎn)生的諧波電流進(jìn)入配電網(wǎng)絡(luò),，使電網(wǎng)的安全運(yùn)行受到嚴(yán)重影響，使電能質(zhì)量受到污染,。
1 高次諧波對(duì)電氣設(shè)備的直接危害
交流電網(wǎng)的電壓畸變會(huì)引起常規(guī)變流器控制角的觸發(fā)脈沖間隔不等,，并通過(guò)正反饋而放大系統(tǒng)的電壓畸變,，使整流器工作不穩(wěn)定；而對(duì)逆變器則可能發(fā)生連續(xù)的換相失敗而無(wú)法正常工作,，甚至損壞換相設(shè)備。
三次及其倍數(shù)次的高次諧波對(duì)星形連接的變壓器,，當(dāng)繞組中性點(diǎn)接地，其電網(wǎng)中分布電容較大,，或安裝了中性點(diǎn)接地的并聯(lián)電容時(shí),，會(huì)形成3次諧波振蕩,，使變壓器附加損耗大大增加。對(duì)三角形連接的變壓器會(huì)使其在繞組中形成環(huán)流,，使繞組過(guò)熱，而且諧波電流使變壓器的銅損和鐵損大大增加,。
高次諧波電流在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的集膚效應(yīng)、磁勢(shì)渦流等,，隨著頻率增高而使電動(dòng)機(jī)鐵芯和繞組中的附加損耗增大,，在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)易發(fā)生脈動(dòng)，干擾力矩使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生較大的噪音,。由于電動(dòng)機(jī)負(fù)荷很大，高次諧波產(chǎn)生的附加損耗在電力負(fù)荷中的影響十分顯著,。
測(cè)量用儀器儀表均在50Hz的標(biāo)準(zhǔn)正弦波的理想狀態(tài)下設(shè)計(jì)的，當(dāng)供電電壓或電流中含有高次諧波成分時(shí),，就會(huì)影響儀器儀表測(cè)量的準(zhǔn)確性,，并影響感應(yīng)式電能表的正常工作,。
高次諧波在電力線路中流過(guò)的幅值較大的低頻諧波電流經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)耦合,。在相鄰的通信線路中會(huì)產(chǎn)生干擾，在諧波和基波的共同作用下,，誤觸發(fā)鈴聲,，干擾通信線路系統(tǒng)的正常工作,，影響通信線路的通話。在特定的條件下,，還會(huì)威脅通信設(shè)備和人員的安全。
高次諧波會(huì)嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置,，引起各類保護(hù)誤動(dòng)作，威脅電力系統(tǒng)安全運(yùn)行,。
高次諧波對(duì)于帶有啟動(dòng)用的鎮(zhèn)流器和提高功率因數(shù)的電容器的燈光照明會(huì)造成諧振過(guò)電壓,，損壞鎮(zhèn)流器和電容器,。高次諧波還會(huì)對(duì)電視機(jī)、計(jì)算機(jī)的圖形產(chǎn)生畸變,，畫面亮度產(chǎn)生波動(dòng),。使機(jī)內(nèi)元件過(guò)熱,，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)出錯(cuò)。
高次諧波可使電容器介質(zhì)損耗增加,、發(fā)熱,、壽命縮短,，吸收諧波后會(huì)導(dǎo)致電容器過(guò)電流，使熔絲熔斷,，電容器與電網(wǎng)電感形成串聯(lián)諧振時(shí)，將諧波放大,，燒毀電容器,。
交流電網(wǎng)的電壓畸變會(huì)引起常規(guī)變流器控制角的觸發(fā)脈沖間隔不等，并通過(guò)正反饋放大系統(tǒng)的電壓畸變,，使整流器的工作不穩(wěn)定；而對(duì)逆變器則可能發(fā)生連續(xù)的換相失敗而無(wú)法正常工作,，甚至損壞換相設(shè)備。
2 高次諧波的抑制
高次諧波的抑制,，主要是減少或消除注入電網(wǎng)的諧波電流,，控制諧波電壓和電流在允許范圍內(nèi),，抑制諧波電流的主要措施為：改善供電環(huán)境、降低諧波源的諧波含量,，吸收諧波電流。其中吸收諧波電流是目前使用廣泛,，且zui有效的抑制諧波的方法。常用方法如下,。
2.1 無(wú)源濾波器（FC）
無(wú)源濾波器屬于被動(dòng)的吸收式濾波，在諧波源比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)中,，結(jié)合功率因數(shù)補(bǔ)償,，選用高性能的濾波電容器,，串聯(lián)高線性的濾波電抗器，組合成濾波補(bǔ)償器,，在吸收系統(tǒng)中主要的諧波分量時(shí)，補(bǔ)償無(wú)功功率,。
無(wú)源濾波又分為調(diào)諧和非調(diào)諧的兩種濾波技術(shù)，調(diào)諧式無(wú)源濾波技術(shù)主要為濾波,，其效率可達(dá)70%,，但配置的容量很大,，投入時(shí)會(huì)造成電壓波動(dòng)，且易造成過(guò)補(bǔ)償,。其計(jì)算和配置復(fù)雜，存在諧振的危險(xiǎn),，無(wú)法滿足要求,。目前已不使用,。
非調(diào)諧式無(wú)源濾波技術(shù)是抑制諧波進(jìn)入電容器，避免諧振,。其配置簡(jiǎn)單,，但濾波效果差。
2.2 有源濾波器（APF）
有源濾波器屬于動(dòng)態(tài)消除濾波,，一般用于重要負(fù)荷場(chǎng)所,，根據(jù)用電設(shè)備對(duì)諧波的敏感程度,，為達(dá)到*的濾波效果，配置動(dòng)態(tài)有源濾波器,。有源濾波器是采用開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理和脈寬調(diào)制技術(shù),，根據(jù)檢測(cè)到的諧波分量,，產(chǎn)生一個(gè)幅值相等、相位相反的電流,，在諧波源處注入系統(tǒng),，使電源的總諧波為零，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的,。與無(wú)源濾波器相比,，該技術(shù)對(duì)清除諧波效果大，可濾除97%以上的諧波電流,，其濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響,，可清除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)，不僅能補(bǔ)償各次諧波，還可抑制閃變,，補(bǔ)償無(wú)功,，有一機(jī)多能的特點(diǎn)。該技術(shù)不存在導(dǎo)致過(guò)補(bǔ)償和引起電壓波動(dòng)的問(wèn)題,，具有自適應(yīng)功能,，可自動(dòng)跟蹤并補(bǔ)償變化中的諧波。
目前有源濾波器發(fā)展方向如下,。
2.2.1 控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化
目前有源濾波器控制系統(tǒng)大多為模擬電路,，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，隨著高速數(shù)據(jù)處理芯片功能的完善,，不久將實(shí)現(xiàn)數(shù)字化,。能更準(zhǔn)確的檢測(cè)電網(wǎng)的諧波電流，以達(dá)到更好的補(bǔ)償效果,。
2.2.2 補(bǔ)償裝置的多功能化
有源濾波器除能補(bǔ)償諧波外,，改造其控制回路后，還可補(bǔ)償基波的無(wú)功,，更好抑制電壓閃變和不平衡電壓,。
2.2.3 降低裝置容量
有源濾波器中zui基本的是并聯(lián)型，其容量取決于交流回路電壓有效值與補(bǔ)償電流有效值的乘積,。并聯(lián)型有源濾波器裝置的容量主要取決于補(bǔ)償電流,，因此有源濾波器的造價(jià)遠(yuǎn)高于無(wú)源濾波器。為降低補(bǔ)償裝置的投資,，主要應(yīng)降低有源濾波器的容量,。目前是將有源濾波器和無(wú)源濾波器組合使用,。用無(wú)源濾波器濾除諧波源中的主要諧波電流，再利用有源濾波器提高總的補(bǔ)償效果,。這就是組合型有源濾波器,。
有源濾波器補(bǔ)償效果好，響應(yīng)快,，且不受阻抗影響,，但價(jià)格相對(duì)較高，如將有源濾波器的*性能與無(wú)源濾波器的低成本相結(jié)合,，即可構(gòu)成組合型濾波器,，通過(guò)適當(dāng)控制可使負(fù)荷的諧波電流由有源濾波器提供，負(fù)荷的基波無(wú)功功率由無(wú)源濾波器提供,。這樣逆變器的容量可明顯減小,，成本大大降低，是理想的消除諧波及補(bǔ)償無(wú)功的*方式。
3 客戶消諧的技術(shù)和管理措施
從以上對(duì)諧波產(chǎn)生的原因分析,，可看到目前大量采用電力電子設(shè)備的冶金,、化工、機(jī)械,、軌道交通等行業(yè)中存在著高次諧波,，嚴(yán)重污染和干擾了電力系統(tǒng)，為消除諧波的影響,，以上消除諧波的方法,，針對(duì)不同的客戶，采用適當(dāng)有效技術(shù)手段和到位的管理措施,，是*可以做好諧波源治理工作的,。
3.1 在客戶工作中應(yīng)采取的技術(shù)手段
在治理諧波源的過(guò)程中，首先應(yīng)針對(duì)諧波源的設(shè)備,，選擇合理的消諧技術(shù)措施,。對(duì)負(fù)荷變化不大、諧波次級(jí)超標(biāo)種類不多的,，可采用簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的無(wú)源濾波器,，但需要結(jié)合負(fù)荷工況實(shí)現(xiàn)分級(jí)投入，以確保在低載時(shí)也不會(huì)發(fā)生諧波超標(biāo),。 相對(duì)于負(fù)荷變化較大的,，諧波次級(jí)超標(biāo)種類較多的,，要求設(shè)計(jì)采用有源濾波器與無(wú)源濾波器組合的使用方式,。首先采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的無(wú)源濾波器,，分擔(dān)大部分補(bǔ)償和消諧任務(wù),，再利用有源濾波器良好的補(bǔ)償性能，這樣既解決了有源濾波容量大,、成本高的問(wèn)題,，又可使系統(tǒng)取得較好的消諧效果。
優(yōu)先選用濾波器的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),，在諧波源客戶中盡可能選用濾波器的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),，目前在部分客戶中，已使用濾波器的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),，對(duì)諧波電壓,、諧波電流具有記錄和報(bào)警功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)諧波電壓,、諧波電流,，系統(tǒng)能輸入設(shè)置各次諧波電流允許值和諧波電壓總畸變值。當(dāng)諧波電壓、諧波電流超標(biāo)時(shí),，能記錄超標(biāo)時(shí)的各次超標(biāo)諧波的zui大值,、zui小值及平均值，以及記錄超標(biāo)時(shí)間等相關(guān)數(shù)據(jù),。安裝濾波器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),，使供電部門實(shí)時(shí)掌握客戶的諧波情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的潛在危害,，以便于盡快作出判斷,，果斷采取措施，消除隱患,。采用濾波器的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),，還可減少對(duì)諧波源客戶的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，提高工作效率,，有效地改善電網(wǎng)電能質(zhì)量,，節(jié)約能源，提高客戶計(jì)量點(diǎn)的功率因數(shù),，解決客戶功率因數(shù)不合格造成的功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)的罰款問(wèn)題,，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。
3.2 加強(qiáng)用電管理
依據(jù)國(guó)家法律法規(guī)和行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),，從管理上嚴(yán)格把關(guān),，目前在工作中的主要依據(jù)有：《中華人民共和國(guó)電力法》、《電力供應(yīng)與使用條例》,、《供電營(yíng)業(yè)規(guī)則》,、《用電檢查管理辦法》、《電能質(zhì)量——公用電網(wǎng)諧波》,、《電能質(zhì)量——電壓波動(dòng)和閃變》,、《低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值》。
在供電公司受理客戶的業(yè)務(wù)時(shí),，對(duì)產(chǎn)生諧波源的重點(diǎn)行業(yè),，應(yīng)了解客戶的生產(chǎn)流程和工藝，對(duì)帶有諧波源的用電設(shè)備,，在供電方案中注明"諧波治理"字樣,，在簽署供電方案確認(rèn)協(xié)議的同時(shí)簽署諧波治理協(xié)議，在設(shè)計(jì)審圖時(shí),，對(duì)諧波治理措施審核,，在送電前客戶落實(shí)諧波治理設(shè)備的合同簽署，由工程管理人員進(jìn)行驗(yàn)收,。
在供電公司內(nèi)部建立諧波監(jiān)督管理體系,，將諧波監(jiān)督管理納入正常的生產(chǎn)管理工作中,。有可能的情況下，應(yīng)建立諧波監(jiān)督管理機(jī)構(gòu),，負(fù)責(zé)日常的諧波監(jiān)督管理,，建立諧波源客戶資料檔案，對(duì)重點(diǎn)諧波源客戶進(jìn)行跟蹤測(cè)量,、分析和有效治理,。并組織有關(guān)部門發(fā)布有關(guān)諧波治理的信息和經(jīng)驗(yàn)交流，以提高電能質(zhì)量管理的水平,。 |
