安科瑞 鮑靜君

　　摘要：各式各樣的電力電子裝置在運轉(zhuǎn)過程中都會產(chǎn)生諧波,，污染電力系統(tǒng),，導致諧波危害越來越嚴重，成了電網(wǎng)大公害,?；诖耍疚奶接懥酥C波產(chǎn)生的原因以及影響,，針對當前諧波治理措施進行了總結(jié),。

　　關(guān)鍵詞：電子廠房；諧波,；治理

　　0引言

　　近些年來,，隨著科技水平的不斷革新，大部分電子產(chǎn)品采用了非線性的可控變流裝置,、變頻調(diào)速裝置等符合設施,，其產(chǎn)生的諧波問題導致了公用電網(wǎng)電能品質(zhì)降低。因此,，相關(guān)工作人員需要知曉諧波產(chǎn)生的原因及影響,，便于今后做好防控和治理，提升電能品質(zhì),。

　　1發(fā)生諧波的主要因素及其諧波源的剖析

　　1.1發(fā)生諧波的主要因素

　　現(xiàn)階段,，需要把電網(wǎng)當中的頻率為工頻整數(shù)倍成分的諧波，以及基波頻率非整數(shù)成分的間接諧波作為主要諧波關(guān)注點,，并且二者皆是電網(wǎng)電能質(zhì)量附著臟東西的主要因素,。然而,，在電力系統(tǒng)中諧波發(fā)生重點諧波源就是電力變壓器。其問題出現(xiàn)在激磁電流,、鐵心飽和與三相電路荷磁路不對稱,，造成在變壓器三角繞組的線電壓與線電流會出現(xiàn)三次諧波分量，尤其是低谷時期,，電網(wǎng)逐步提升電壓,，而變壓器鐵心飽和使情況變得更加糟糕，諧波發(fā)生的數(shù)量逐漸增高,。隨后電網(wǎng)中電容裝置的大數(shù)量的運用,，經(jīng)過當場諧波實際檢測結(jié)果得知，諧波不單只存在零序分量能夠讓變壓器三角繞組所環(huán)路,，實際還會擴張到全電網(wǎng),，導致電容裝置及其電網(wǎng)穩(wěn)定運行有一定風險。

　　1.2諧波源的剖析

　　電力電子設備產(chǎn)生的諧波

　　當前整流器,、變頻器,、開關(guān)電源、靜態(tài)換流器,、晶閘管系統(tǒng)以及其它SCR控制系統(tǒng)等被稱為電力電子基礎(chǔ)設備,。在工業(yè)與日常生活用電范圍內(nèi)會運用到基礎(chǔ)設備與電路,，感性負載的單相整流電路為僅含奇次諧波的電流源型諧波源。此外,，單相整流電路位于電容電壓通過整流管正向電源反映，歸為電壓型諧波源為容性負載,，而諧波數(shù)量與電容數(shù)值大小相聯(lián)系,，即電容數(shù)值提升，導致諧波數(shù)量隨之變大,。

　　可飽和設備

　　可飽和設備屬于非線性設施,，將電弧設施和電力電子設施做對比，可飽和設備上的諧波在未飽和的情況下,，實際中的諧波幅值可忽略不計,。其中變壓器、電動機,、發(fā)電機等屬于可飽和設備,。

　　電弧爐及其氣體電光源設備產(chǎn)生的諧波

　　首先,，實踐中電弧爐設備在治煉金屬過程中非線性作用能生成很多的諧波,。其次，氣體電光源設備依照氣體釋放電光源伏安特性,。產(chǎn)生的非線性特性有一定作用,，同時出現(xiàn)負的伏安特性。由于鎮(zhèn)流器非線性有很大影響,，這里面三次諧波具有數(shù)量在百分之二十之上,，其對稱函數(shù)是特性，需具備奇次諧波,，而電流源性諧波源主要指全部氣體電光源設備,。

　　2諧波產(chǎn)生的干擾

　　2.1諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響

　　首先，導致電網(wǎng)功率消耗變大,、設備試用時間降低,、接地保護功能和遙控功能出現(xiàn)異常,、線路與設備熱量變大等，特別是三次諧波導致非常大的中性線電流,，造成配電變壓器零線電流大于相線電流數(shù)值，致使設備不能平穩(wěn)運行,。因此，諧波還能引發(fā)造成諧振在電網(wǎng)中發(fā)生,，則會將運行正常的供電停止,、情況嚴重,、電網(wǎng)解裂等情況發(fā)生,。其次，諧振造成變電站局部并聯(lián)與串聯(lián),，致使電壓互感器設施損壞,；造成變電站系統(tǒng)當中的設備與元件生成附加的諧波損耗，導致電力變壓器,、電力電纜,、電動機等設備溫度上升,，電容器損壞，進而促進了絕緣材料發(fā)生質(zhì)變的速率；造成斷路器電弧熄滅時長變長,，阻礙斷路器正常開端功能,；導致電子元器件的繼續(xù)電保護或主動裝置發(fā)生操縱失誤；阻止了電子儀表與通信系統(tǒng)的正?；\行,，減少通信質(zhì)量；增加接近電磁振蕩,。

　　2.2對用電安全造成的影響

　　第一,，失火造成災害。有些意外失火狀況的起因多數(shù)跟電力諧波有聯(lián)系?，F(xiàn)階段節(jié)能燈,、調(diào)光器設施中關(guān)開電源很普及，最初為了節(jié)約能源,，之后這些設施卻產(chǎn)生了諧波源,，導致電網(wǎng)的危險系數(shù)增加。在相關(guān)測驗之后,，運用電器設施很多的酒店,、寫字樓、小區(qū)等,，如果不做濾波等舉措,，最終中性線電流很強，嚴重的超出線電流,，結(jié)果就會變成失火的潛在安全風險,。

　　第二，有關(guān)設備損壞,。電能質(zhì)量附著上臟物會帶給繼電保護,、計算機系統(tǒng)與精細儀器和機械等,，造成其不能平穩(wěn)運轉(zhuǎn)和操控,，減少設施利用期限，進而導致繼電保護錯誤操作出現(xiàn)可避免的意外損失,，造成不同情況的干擾,。

　　第三，通信擾亂,。其電網(wǎng)擾亂的主要因素為發(fā)生諧波,，通過基本靜電感應和電磁感應，經(jīng)過通信線路導致聲頻混亂,。其諧波頻率提升,，則會有雜音問題，通過通信線路上導致音頻混亂。之后采取遮蔽電纜通信,，基本上可以消滅靜電感應的作用,，最終還是不可能消滅電磁感應的擾亂。

　　2.3諧波對于電氣設備產(chǎn)生的影響

　　第一,，電力電容器產(chǎn)生的影響,。而電容器在電網(wǎng)無功配置容量中占有比重很大，其中少數(shù)電容器安排只參照無功補償量,，不會參照裝置點電能質(zhì)量現(xiàn)實存在的污染狀況,。至此，運行點電能質(zhì)量標準過低,，經(jīng)常出現(xiàn)意外損失,，比如：安裝不了補償裝置、分開電容器保護熔絲,，惡劣情況下會出現(xiàn)串聯(lián)并聯(lián)諧振,，造成電容器諧波過電壓與過電流，導致電容器開裂,。

　　第二,，變壓器產(chǎn)生影響。諧波電流在變壓器中發(fā)生,，致使銅耗提高,，造成局部過熱、震蕩,、聲音變大,、繞組附加過熱等。其變壓器中的諧波電流被勵磁電流所包含,，致使合閘涌流之后諧波電流提升,，出現(xiàn)的諧波電流導致諧振問題，結(jié)果造成變壓器的日常運行有風險,。

　　第三,，同步發(fā)電機產(chǎn)生的影響。在系統(tǒng)里面的同步發(fā)電機中流入負序電流與諧波電流,，造成多余的損耗,，導致發(fā)電機局部過熱，絕緣力度降低,。由于多余諧波分量在輸出電壓波形產(chǎn)生,，導致扭振現(xiàn)象在負載同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子中發(fā)生，運用時間縮短,。

　　第四,，斷路器產(chǎn)生的影響,。局部斷路器磁吹線圈不能正常運行是由諧波造成的，致使遮斷能力降低,，不能遮斷波形畸變率大于一般控制的故障電流,，導致中壓斷路器阻止電流，則會使諧頻涌波電壓與重燃情況發(fā)生,，導致斷路器觸頭斷開,。

　　第五，自動控制器產(chǎn)生的影響?，F(xiàn)如今,，數(shù)字控制技術(shù)已投入到更加廣泛領(lǐng)域，諸多精細負載針對受電電能質(zhì)量指標有更高要求,?；诖耍娔苜|(zhì)量被沾上臟物則會導致設備的監(jiān)測模塊中引發(fā)畸變量,、擾亂一般分解計算,、造成出錯的輸出結(jié)果的損害。

　　3電子廠房諧波的治理策略

　　3.1采取主動措施,，減少電子設備諧波含量

　　多脈波變流技術(shù)

　　針對最大功率的電力電子裝置,經(jīng)常把原本六脈波變流器改變?yōu)槭}波和二十四脈波變流器,，從而降低交流側(cè)諧波電流含量。

　　脈寬調(diào)制技術(shù)

　　主要思路為把控PWM輸出波形中各種轉(zhuǎn)換時刻,確保四分之一波形的對等性,。促使應該消滅的諧波幅值為零,，基波幅值為給定量，實現(xiàn)消滅諧波和把控基波幅值的目標,。

　　多電平變流技術(shù)

　　對各式各樣電力電子變流器采取移相多重法,、順序控制和非對稱控制多重化等方式,把方波電流和電壓疊加,促使變流器能夠在交流電網(wǎng)側(cè)生成電流和電壓為靠近正弦階梯波,并電源電壓維持特定相位關(guān)聯(lián)。

　　3.2安裝電力濾波器,，提高濾波性能

　　傳統(tǒng)無源濾波器

　　無源電力濾波器即PPF采取電容和電抗器合成LC調(diào)諧電路,，可以為諧波供給并聯(lián)低阻通路，產(chǎn)生濾波影響,。采取電容能夠補足無功功率,，改變電網(wǎng)功率因數(shù)。介于PPF構(gòu)造不復雜,，生成成本低,、運轉(zhuǎn)消耗小及其技術(shù)需求低等優(yōu)勢變?yōu)楦淖冸娔苜|(zhì)量的設備。介于構(gòu)造上面因素,，致使PPF有許多不容易解決的難題，例如：濾除此諧波,，諧波補足頻帶較窄,，平穩(wěn)性很差、占有空間很大等。

　　新型有源濾波器

　　有源濾波器即APF有關(guān)原理,。主要經(jīng)過檢查電網(wǎng)中諧波電流,，之后把控逆變電路生成相對應補充電流分量匯入電網(wǎng)實現(xiàn)消除諧波結(jié)果。并聯(lián)型APF則適合于感性電流源負載諧波補充,。串聯(lián)型APF則適合于消除帶電容二極管整流電路等電壓型諧波源負載對系統(tǒng)的作用,。串-并聯(lián)型APF兼顧有串、并聯(lián)APF的功能,。APF特點不會受到系統(tǒng)阻抗作用,，不能和電網(wǎng)阻抗發(fā)生串聯(lián)和并聯(lián)諧振的狀況，并且對外部電路諧振具備阻尼影響,。另外,APF具備很高操控性可和極快反應性,，不但可以補充各次諧波，也可以抑制無功電流,，具有合適價格,。

　　混合型濾波器

　　混合型電力濾波器是把無源濾波器和有源濾波器合理連接在一起。然而,，有源濾波器不接續(xù)承擔電網(wǎng)電壓和負載的基波電流,，簡單引起負載電流和電網(wǎng)電壓高次諧波隔離器的影響，所以有源濾波器容量安排的很小,，采取串聯(lián)有源濾波器變大高次諧波阻抗而對基波無作用的性質(zhì),，能夠改變無源濾波器的濾波成效，避免和電網(wǎng)聯(lián)系產(chǎn)生諧振,，其不足就是有源濾波器性能較大層次上取決于電流互感器*性質(zhì),。

　　4安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)在電子廠房的解決方案

　　安科瑞電氣提出的電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)解決方案可滿足電力監(jiān)控管理、運維與電能質(zhì)量治理等方面的需求,，致力于為電子廠房提供一站式的整體解決方案,，從產(chǎn)品、系統(tǒng),、服務等不同方面來滿足電子廠房的需要,，為電子廠房的整體運作創(chuàng)造價值。

　　4.1方案特點

　　電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)除作為本地終端為用戶提供電能質(zhì)量監(jiān)測,、治理與設備運維等功能外,，亦可通過接入AcrelEMS-SEMI電子廠房能效管理平臺，為用戶提供遠程在線服務,；

　　采用全控型技術(shù)實現(xiàn)電能質(zhì)量,；

　　專業(yè)化的電能質(zhì)量監(jiān)測：電能質(zhì)量實時在線監(jiān)測，測量精度高,、測得準,，符合IEC61000-4-30標準,；

　　電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)裝置采用整體設計，并可通過上位平臺實現(xiàn)統(tǒng)一管理和閉環(huán)控制,；

　　高品質(zhì)電能質(zhì)量治理：配套電力電子裝置技術(shù)過關(guān),、質(zhì)量過硬，具備網(wǎng)絡化,、可調(diào)控,、快速響應的性能；

　　電能管理務業(yè)務綜合協(xié)同：配電監(jiān)控管理與運維,、電能分析與電能質(zhì)量數(shù)據(jù)共享融通,，為電子廠房的電能供給與消費提供控制手段。

　　4.2方案價值

　　全面監(jiān)測電能質(zhì)量,，保障供電可靠性

　　對供電回路的電氣參數(shù)進行全面監(jiān)測,，確保設備用電符合標準要求。微秒級故障錄波與SOE告警能夠及時記錄故障發(fā)生時全部數(shù)據(jù)信息,，支持開展故障追蹤與問題定位,。

　　完整電能質(zhì)量治理

　　通過集中+就地（終端）整體電能質(zhì)量治理模式，更大程度滿足無功和諧波治理的要求,，提高整個電子廠房供配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量,，減少對其它供電及制造設備造成危害。

　　5安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測與治理產(chǎn)品選型

　　5.1集中治理

　　針對電子廠房行業(yè)配電系統(tǒng)中涉及到的空調(diào),、風機,、電動機等電器設備及數(shù)量較多的計算機等網(wǎng)絡通信設備，為減少諧波對電網(wǎng)側(cè)的危害,，同時確保無功功率因數(shù)達到國標要求值,，避免罰款，可采用配電房集中治理的方式,，同時也可對整個低壓供配電系統(tǒng)進行電能質(zhì)量在線監(jiān)測,，其中包含諧波分析、波形采樣,、電壓暫降/暫升/中斷,、閃變監(jiān)測等，其集中治理的產(chǎn)品選型見表1,。

　　表1電能質(zhì)量監(jiān)測及集中治理產(chǎn)品選型表

       5.2末端治理

　　電子廠房各個生產(chǎn)車間內(nèi),，單晶爐、多晶爐,、IC測試臺,、PLC控制的機械手、芯片制造用的晶圓機或變頻控制的半導體機臺都會產(chǎn)生大量的諧波,，它們不但會造成機臺設備自身的壞機現(xiàn)象,，回流進電網(wǎng)的諧波電流還會引起其它回路的發(fā)熱,、電子開關(guān)誤動作,、供電電壓不穩(wěn),，甚至引起生產(chǎn)線停線、半成品的報廢,。其損失不可謂不大,。而且高能設備如：外延設備、擴散設備,、離子注入設備的頻繁加卸載,，更加重了用電環(huán)境的惡化。針對上述負載情況,，建議在各個重要設備的配電箱增加電能質(zhì)量補償設備進行就地治理,，以達到末端治理諧波的目的，避免影響到整個配電系統(tǒng)的和其他的用電設備,。其末端治理的產(chǎn)品選型見表2,。

　　表2末端治理產(chǎn)品選型表

　　6結(jié)論

　　??諧波污染狀況越來越加重隨即引發(fā)大家的極度關(guān)注，再加上對現(xiàn)有諧波實際存在狀態(tài)有一定了解和相應處理措施,，為了更高效實現(xiàn)抑制諧波成效,，針對不一樣諧波源負載需要采取對應結(jié)構(gòu)濾波裝置才能達到消除諧波效果。

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