第一篇：高次諧波的產(chǎn)生及其治理

高次諧波的產(chǎn)生及其治理

一、概述

目前，許多變電所的負荷中含有大量非線性負荷，如整流裝置、交-交變頻裝置、煉鋼電弧爐、中頻爐、電力機車、交流電焊機、高頻電焊機、中頻淬火爐、高頻淬火爐、計算機的開關(guān)電源、帶電子鎮(zhèn)流器的熒光燈等。供電給這些非線性負荷的系統(tǒng)電壓即使為理想正弦波，它們工作時的電流也是非正弦電流。這些非正弦電流波形按傅氏級數(shù)可以分解為基波及一系列不同頻率和振幅的諧波。諧波頻率為基波頻率的整數(shù)倍時，稱為高次諧波；其頻率為基波頻率的非整數(shù)倍時，稱為分數(shù)諧波或旁頻波；其頻率低于基波頻率時，稱為次諧波。諧波電流流經(jīng)系統(tǒng)中包括發(fā)電機、輸電線、變壓器等各種阻抗元件時，必然產(chǎn)生非正弦的電壓降，使交流系統(tǒng)內(nèi)各點的電壓波形也發(fā)生不同程度的畸變。電壓畸變的程度取決于非線性負荷容量與電網(wǎng)容量的相對比值以及供電系統(tǒng)對諧波頻率的阻抗，畸變的電壓反過來對整流裝置從系統(tǒng)中取用的電流波形又有影響。因而諧波電流和諧波電壓是相伴而生、相互影響的。

二、諧波危害 2.1通訊干擾

非線性負荷供電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波對與其鄰近的通訊線路產(chǎn)生靜電感應(yīng)及電磁感應(yīng)，在通訊系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生不良影響。2.2同步發(fā)電機的影響

電力系統(tǒng)中的同步發(fā)電機，特別是以非線性負荷為主或以發(fā)電電壓直接供給非線性負荷的同步發(fā)電機，高次諧波對其有較大不良影響。諧波電流引起定子特別是轉(zhuǎn)子部分的附加損耗和附加溫升，降低了發(fā)電機的額定出力。2.3對異步電動機的影響

諧波引起電機角速度脈動，嚴重時會發(fā)生機械共振。對電動機的功率因數(shù)和最大轉(zhuǎn)矩都有影響。2.4對電力電容器的影響

由于電容器的容抗和頻率成反比，電力電容器對諧波電壓最為敏感。諧波電壓加速電容器介質(zhì)老化，介質(zhì)損失系數(shù)tgδ增大，容易發(fā)生故障和縮短壽命，諧波電流常易使電容器過負荷而出現(xiàn)不允許的溫升。電容器與電力系統(tǒng)還可能發(fā)生危險的諧振。此時，電容器成倍地過負荷，響聲異常，熔斷器熔斷，使電容器無法運行。伴隨著諧振，在諧振環(huán)節(jié)常出現(xiàn)過電壓，造成電氣元件及設(shè)備故障或損壞，嚴重時影響系統(tǒng)的安全運行。

2.5對電纜線路絕緣的影響

對電纜線路，非正弦電壓使絕緣老化加速，漏泄電流增大；當(dāng)出現(xiàn)并聯(lián)諧振過電壓時，可能引起放炮并擊穿電纜。2.6對變壓器的影響 諧波電壓使變壓器激磁電流增大，效率變低，并惡化其功率因數(shù)。諧波放大會造成主變聲音異常。2.7對測量儀的影響

高次諧波會引起電度表誤差，諧波頻率愈高，誤差愈大，且均為負誤差。

2.8對繼電保護自動裝置等的影響

當(dāng)諧波電壓水平較高時，對供電系統(tǒng)的電壓自動調(diào)節(jié)的誤差有所增加。負序系統(tǒng)的高次諧波電流對具有負序電流諧波濾波裝置的繼電保護裝置有不良影響。諧波電流惡化甚至破壞利用電力線路作為聯(lián)系通道的遠動裝置的工作。2.9對整流裝置的影響

高次諧波對脈沖—相位控制的可控硅（晶閘管）整流裝置有較大影響，可能造成脈沖丟失而燒壞可控硅管。

由于諧波的這些危害，所以在設(shè)計和建設(shè)非線性負荷的配電時，必須滿足國家制訂的諧波標準《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549-93要求，采取抑制和消除諧波的措施。抑制和消除諧波，主要歸結(jié)為抑制和消除諧波電流，使電壓畸變率和系統(tǒng)注入公共連接點的 諧波電流符合國家標準。

三、公用電網(wǎng)諧波國家標準

國家標準GBT/14549-93中諧波電壓限值和諧波電流允許值如下： 3.1公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值見表1： 表1電網(wǎng)標稱電壓(kv)

電壓總畸變率(％)

各次諧波電壓含有率(％)

奇次

偶次

0.38 5.0 4.0 2.0 6 4.0 3.2 1.6

3.0 2.4 1.2

2.0 1.6 0.8

3.2諧波電流允許值

3.2.1公共連接點的全部用戶向該點注入的諧波電流分量（方均根值）不應(yīng)超過表2中規(guī)定的允許值。當(dāng)公共連接點的最小短路容量不同于基準短路容量時，表2中的諧波電流允許值的換算為：

Ih=（Sk1/Sk2）×Ihp

式中：Sk1——公共連接點的最小短路容量，MVA； Sk2——基準短路容量，MVA；

Ihp——表2中的第h次諧波電流允許值，A； Ih——短路容量為Sk1時的第h次諧波電流允許值。表2注入公共連接的諧波電流允許值標準 電壓 kv 基準短 路容量 MVA

諧波次數(shù)及諧波電流允許值，3 4 5 6 7 8

A 9 10 11 12 13

0.38 10 78 62 39 62 26 44 19 21 16 28 13 24 100 43 34 21 34 14 24 11 11 8.5 16 7.1 13 100 26 20 13 20 8.5 15 6.4 6.8 5.1 9.3 4.3 7.9

250 15 12 7.7 12 5.1 8.8 3.8 4.1 3.1 5.6 2.6 4.7

500 16 13 8.1 13 5.4 9.3 4.1 4.3 3.3 5.9 2.7 5.0

75.12 9.6 6 9.6 4.0 6.8 3.0 3.2 2.4 4.3 2.0 3.7

續(xù)表2注入公共連接的諧波電流允許值標準 電壓 kv 基準短 路容量 MVA

諧波次數(shù)及諧波電流允許值，A 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 0.38 10 11 12 9.7 18 8.6 16 7.8 8.9 7.1 14 6.5 12 100 6.1 6.8 5.3 10 4.7 9.0 4.3 4.9 3.9 7.4 3.6 6.8 100 3.7 4.1 3.2 6.0 2.8 5.4 2.6 2.9 2.3 4.5 2.1 4.1 35 250 2.2 2.5 1.9 3.6 1.7 3.2 1.5 1.8 1.4 2.7 1.3 2.5

500 2.3 2.6 2.0 3.8 1.8 3.4 1.6 1.9 1.5 2.8 1.4 2.6

750 1.7 1.9 1.5 2.8 1.3 2.5 1.2 1.4 1.1 2.1 1.0 1.9 3.2.2同一公共接點的每個用戶向電網(wǎng)注入的諧波電流允許值按此用戶在該點的協(xié)議容量與其公共接點的供電設(shè)備容量之比進行分配。分配的計算方式見下式： Im=Ih(Si/St)1/α

式中：Im——公共接點處第i個用戶的第h次諧波電流允許值，A；

Ih——按式(1)換算的第h次諧波電流允許值，A； Si——第i個用戶的用電協(xié)議容量，MVA；

St——公共接點的供電設(shè)備容量，MVA； α——相位迭加系數(shù)，按表3取值。表3h 3 5 7 11 13

9(>13)偶次

α

1.1 1.2 1.4 1.8 1.9 2

四、諧波電流發(fā)生量 4.1整流裝置諧波電流理論值

整流裝置諧波有特征諧波和非特征諧波之分，特征諧波是指整流裝置運行于正常條件下所產(chǎn)生的諧波。正常條件下的電源為三相對稱系統(tǒng)，供電回路為三相對稱回路。對于可控硅整流裝置而言，各相控制角及特性沒有差異。若整流裝置運行于非正常條件下除產(chǎn)生特征諧波外，還產(chǎn)生非特征諧波。

特征諧波具有間斷性幅值頻譜，其諧波次數(shù)由整流相數(shù)決定。可以用一個簡單的通式來表達。如以p代表相數(shù)（脈波數(shù)），k為正整數(shù)，則特征諧波次數(shù)為n=kp±1。

特征諧波幅值大小與重迭角γ和控制角α及容量有關(guān)，工程應(yīng)用可由曲線查得。

非特征諧波可能具有連續(xù)的幅值頻譜，其諧波次數(shù)不可能用一個簡單的通式來表達。非特征諧波幅值大小雖可從理論上加以推導(dǎo)，但很困難且不準確。通常數(shù)值不大，工程上可取In=（0.15～0.2）I1/n。但個別工程由于整流裝置的控制角誤差而引起的非特征諧波值很大，甚至比特征諧波值還大。這時應(yīng)調(diào)整整流裝置的觸發(fā)系統(tǒng)，使非正常諧波值減小。否則，諧波濾波裝置的組數(shù)需增加，投資需增大。4.2交流電弧爐諧波電流發(fā)生量

煉鋼電弧爐在熔化期間內(nèi)，由于電弧特性是非線性的，將產(chǎn)生大量的諧波電流，而且三相電流不平衡，具有較多的3次諧波。從電流波形看出，正負兩部分也是不對稱的，說明還存在偶次諧波。主要是2次諧波。

電弧爐諧波電流的頻率是一組連續(xù)頻譜，其中整數(shù)諧波2、3、4、5、6、7次的幅值較大，而非整數(shù)次幅值較小。

在熔化期內(nèi)，諧波電流隨電弧電流變化，其峰值與均方根值相差很大。諧波濾波裝置設(shè)計不宜采用瞬時峰值，應(yīng)按最嚴重一段時間內(nèi)的諧波電流平均值考慮。對一運行的電弧爐，最好通過測試取得。對新建或無條件測試的可參考表三選取。表4n 1 2 3 4 5 6 7

In/I1 100 7~11 8~13 4~6 5~7 2~3 2~3

五、諧波治理方法

5.1增大供電系統(tǒng)對諧波的承受能力；提高系統(tǒng)的短路容量；采用較高電壓供電。

5.2減小諧波發(fā)生量：增加整流裝置的脈動數(shù)、增大換向電抗、改善觸發(fā)對稱度；同類型非線性負荷盡量集中供電，利用諧波源之間的相位不同相互抵消部分諧波。

5.3避免諧波放大和諧振，選擇合適的電容器組參數(shù)或采用合適參數(shù)串聯(lián)電抗器。5.4安裝電力諧波濾波裝置 加大系統(tǒng)的短路容量難以實現(xiàn)，增加整流器的等效相數(shù)也受到限制，當(dāng)?shù)刃鄶?shù)超過12相時，需增加移相設(shè)備，同時會帶來維修運行上的不便，安裝諧波濾波裝置就成了首選。諧波濾波裝置既能消除諧波，又能補償無功功率，提高功率因數(shù)，具有顯著的經(jīng)濟效益。5.5抑制快速變化諧波的措施

快速變化的諧波源(如電弧爐、電力機車、晶閘管供電的軋機、卷揚機等)除產(chǎn)生諧波外，往往還引起供電電壓的波動和閃變，抑制快速變化諧波的技術(shù)措施就是在諧波源處并聯(lián)裝設(shè)靜補裝置，又稱動態(tài)無功補償裝置。靜補裝置的基本結(jié)構(gòu)是由快速可變的電抗器或電容器組合而成。

目前技術(shù)上較成熟，工程上應(yīng)用較多的有下述四種基本形式：

1.自飽和電抗器；2.晶閘管控制電抗器；3.晶閘管控制高漏抗變壓器；4.晶閘管投切電容器。

我公司開發(fā)的“晶閘管過零觸發(fā)裝置”專利技術(shù)，應(yīng)用于晶閘管投切電容器動態(tài)諧波濾波裝置，其動態(tài)響應(yīng)速度達到了晶閘管控制電抗器動態(tài)諧波濾波裝置性能，其對諧波的吸收效果優(yōu)于晶閘管控制電抗器動態(tài)諧波濾波裝置。5.6有源電力濾波器

有源電力濾波器是運用電力電子技術(shù)，向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相同、方向相反的電流，使流入電源的總諧波電流為零。

目前國內(nèi)有源電力濾波器產(chǎn)品功率較小，價格較高，尚未大量使用。

有源電力濾波器技術(shù)是諧波治理技術(shù)的發(fā)展方向。

六、電力高次諧波濾波裝置 6.1諧波濾波裝置諧波器支路種類 諧波濾波器大致分為以下幾種：（圖一)a：單調(diào)諧諧波濾波器：頻帶窄，濾波效果好，損耗小，調(diào)諧容易，是使用最多的一種類型。

b：雙調(diào)諧諧波濾波器：可代替兩個單調(diào)諧諧波濾波器，只有一個電抗器（L1）承受全部沖擊電壓，但接線復(fù)雜，調(diào)諧困難，僅在超高壓系統(tǒng)中使用。

c：一階高通諧波濾波器：因基波損耗大，一般不采用。d：二階高通諧波濾波器：通頻帶很寬，濾波效果好，但損耗比單調(diào)諧大，通常用于較高次諧波。

e：三階高通諧波濾波器：電容器利用率較高，基波損耗小，但濾波效果不如二階高通諧波濾波器，一般用于電弧爐濾波。

f：“C”式高通諧波濾波器：性能處于二階和三階高通諧波濾波裝置之間，R的基波損耗最小，適用于電弧爐諧波濾波裝置。

最常用的諧波濾波器為單調(diào)諧諧波濾波器和二階高通諧波濾波器。

6.2 諧波濾波器的原理

我們以單調(diào)諧諧波濾波器為例來介紹一下諧波濾波裝置的原理：（圖二）

流入系統(tǒng)的諧波電流為：Isn=In×Xfn/（Xfn+Xsn）其中：

In——諧波電流發(fā)生量； Isn——流入系統(tǒng)的諧波電流； Xsn——系統(tǒng)的諧波阻抗； Xfn——諧波濾波器的總諧波阻抗。

諧波濾波器的總諧波阻抗為：Xfn=Rfn+j（2πfL－1/（2πfC））其中：

Xfn——諧波濾波器的總阻抗； Rfn——諧波濾波器的總電阻 f——流過諧波濾波器的電流的頻率 L——電抗器的電感量 C——電容器的電容量

當(dāng)在某次諧波下2πfL—1/（2πfC）=0時，Isn=InRfn/（Rfn+Xsn）。

一般地，Rfn＜＜Xsn，此時Isn＜＜In。

諧波電流絕大部分流入諧波濾波器，極小部分流入系統(tǒng)。這就是諧波濾波裝置吸收諧波的原理。6.3諧波濾波裝置的設(shè)置原則 諧波濾波裝置的設(shè)置原則如下：

a、諧波濾波裝置投運后，系統(tǒng)電壓總畸變率和流入系統(tǒng)電流必須滿足國家頒布的諧波管理規(guī)定。

b、諧波濾波裝置可安裝在總降變電所或車間。安裝于總降變電所可實現(xiàn)集中濾波和無功補償。安裝于車間可實現(xiàn)無功就地補償。兩者各有利弊。

c、諧波濾波裝置設(shè)計應(yīng)考慮背景諧波和近期發(fā)展的非線性負荷。留有一定裕量。6.4諧波濾波裝置設(shè)計步驟

6.4.1設(shè)計諧波濾波裝置時用戶應(yīng)提供以下資料：

a、公共連接點（P.C.C.點）的最小短路容量(Sk1，MVA)。b、變壓器銘牌參數(shù)。c、每臺用電設(shè)備容量。

d、諧波源設(shè)備工作方式(整流方式、工作原理)e、最好能提供實測電能質(zhì)量參數(shù)。6.4.2諧波濾波裝置容量的確定 諧波濾波裝置總?cè)萘看_定的基本原則：

a、滿足濾波效果的要求，即保證流入系統(tǒng)的各次諧波電流和母線上的綜合電壓畸變率在國標（GB/T14549-93）規(guī)定的范圍之內(nèi)。b、諧波濾波裝置的基波無功輸出要滿足無功功率補償?shù)男枰?。在滿足上述技術(shù)要求前提下，裝置容量不宜過大。一則會使投資增加，二則會使母線或系統(tǒng)電壓升高。6.4.3諧波濾波裝置的支路設(shè)置

諧波濾波裝置一般分為幾個支路，根據(jù)諧波發(fā)生量的次數(shù)和大小設(shè)置各支路的參數(shù)，在滿足負載無功補償需要量、滿足公共連接點（P.C.C.點）的電壓畸變率和流入系統(tǒng)各次諧波電流要求的前提下，要避免在某次諧波頻率下產(chǎn)生并聯(lián)電流諧振，以保證諧波濾波裝置的長期安全運行。

諧波發(fā)生量的次數(shù)和大小由現(xiàn)場測試或理論計算確定?，F(xiàn)場測試能準確測量出系統(tǒng)中存在的諧波量的次數(shù)和大小，為諧波濾波裝置的設(shè)計提供準確的參數(shù)。6.4.4諧波濾波裝置的結(jié)構(gòu)和性能

諧波濾波裝置由濾波電容器、調(diào)諧電抗器、微電感電阻器、柜架、開關(guān)柜等主要設(shè)備組合而成。一般裝有2—4個單調(diào)諧諧波濾波裝置，有時包括一個高通諧波濾波裝置或“C”式諧波濾波裝置，依不同場合具體參數(shù)優(yōu)化設(shè)計而定。6.5諧波濾波裝置的運行操作與維護保養(yǎng)

a、濾波裝置必須嚴格按照設(shè)計要求進行運行操作，投入諧波濾波裝置從低次往高次，切除諧波濾波裝置從高次往低次。b、高壓諧波濾波裝置運行時，任何人不得進入安全網(wǎng)門內(nèi)。諧波濾波裝置切除后，經(jīng)10分鐘放電，并進行可靠接地后，安全網(wǎng)門內(nèi)方可進入。

c、當(dāng)諧波濾波裝置室溫度超過規(guī)定值時，應(yīng)啟動降溫設(shè)備。d、濾波電容器和調(diào)諧電抗器應(yīng)定期測量C（uf）、tgδ、L（mh）、絕緣電阻等。

e、諧波濾波裝置室應(yīng)定期清掃，遇有風(fēng)雪或風(fēng)沙天氣，應(yīng)關(guān)閉門窗。

我公司擁有多套諧波濾波裝置的設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試、運行經(jīng)驗。我們愿為您提供以下服務(wù)： a、諧波在線測量

包括各種非線性負荷的諧波電流發(fā)生量、引起供電線母線電壓正弦波形畸變率、電力系統(tǒng)背景諧波等。b、諧波評估

實測或理論計算諧波發(fā)生量及其危害的預(yù)測，并提出治理的初步方案。

c、濾波裝置的優(yōu)化設(shè)計

包括設(shè)備參數(shù)選擇、最佳系統(tǒng)設(shè)計和主要組件的設(shè)備設(shè)計以及工廠設(shè)計。

d、提供濾波裝置成套設(shè)備，并進行設(shè)備安裝或安裝指導(dǎo)。e、濾波裝置現(xiàn)場調(diào)諧試驗。f、現(xiàn)場裝置的指標考核。

第二篇：電網(wǎng)高次諧波問題分析

電網(wǎng)高次諧波問題分析

梁曉紅1，李貞2

（1．平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電力工程系，河南平頂山；2．平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電力工程系，河南

平頂山）

摘要：文中對電網(wǎng)高次諧波的產(chǎn)生及危害進行了闡述，介紹了電網(wǎng)諧波分析的一種常用數(shù)學(xué)基礎(chǔ)——小波分析法，并通過裝設(shè)濾波器等抑制方法阻止高頻諧波進入電網(wǎng)，保證電網(wǎng)供電質(zhì)量。關(guān)鍵詞：電網(wǎng)；高次諧波；小波分析；無源濾波器

在電力系統(tǒng)中，供電波形畸變是影響電能質(zhì)量的重要因素之一。近年來，各工礦企業(yè)大量采用各種晶閘管整流裝置、變頻裝置以及交流電力調(diào)整裝置，增大了電網(wǎng)的非線性負載，再加上電網(wǎng)本身存在的非線性元件，均向電網(wǎng)注入了大量的高次諧波。高次諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，周期性的非正弦交流電進行傅里葉級數(shù)分解可得基波（其頻率與工頻相同）以及頻率為基波頻率整數(shù)倍的各次諧波，基波以外的各次諧波通常稱為“高次諧波”。電網(wǎng)中高次諧波的出現(xiàn)是造成波形畸變的主要原因。

一、高次諧波危害

電網(wǎng)高次諧波的危害主要有以下方面：

1、引起電網(wǎng)中局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，放大諧波電壓或諧波電流；

2、加速電容器介質(zhì)老化，還可導(dǎo)致電容器成倍地過負荷，出現(xiàn)異常聲響、熔絲熔斷、“鼓肚”等現(xiàn)象，嚴重時導(dǎo)致其他設(shè)備無法正常運行，不得不將電容器組斷開，電網(wǎng)被迫在低的功率因數(shù)下運行；

3、增加附加損耗，降低發(fā)電、輸電及用戶設(shè)備的效率；

4、使繼電保護及其自動裝置誤動作，導(dǎo)致電氣測量儀表計算誤差增加。諧波電流能影響甚至破壞利用電力線路作為聯(lián)系通道的遠動裝置的動作。母線電壓的畸變，還能引起整流設(shè)備觸發(fā)脈沖控制裝置的觸發(fā)周期不穩(wěn)定，使晶閘管閥的觸發(fā)角或觸發(fā)時間間隔不相等，影響整流設(shè)備的正常運行；

5、諧波對鄰近的電話線路產(chǎn)生了靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，造成其對通信系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重干擾，輕則降低信號的傳輸質(zhì)量，重則導(dǎo)致信息丟失。

由于這些非線性負載的增加，引起高次諧波這一電網(wǎng)公害，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓正弦波形嚴重畸變。我國于1993年頒布了諧波管理的國家標準《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，明確規(guī)定了用戶注入電網(wǎng)的諧波電流的允許值和在電網(wǎng)公共連接點處產(chǎn)生的電壓畸變值。當(dāng)超過標準時，必須采取相應(yīng)的抑制措施，從根本上解決諧波污染問題。

二、高次諧波數(shù)學(xué)分析方法

電力電子裝置所產(chǎn)生的高次諧波污染，已日漸成為阻礙電力電子技術(shù)發(fā)展的重大問題。實時諧波檢測，對諧波問題進行研究，前提是研究諧波測量的數(shù)學(xué)分析方法。

電網(wǎng)中的電流和電壓等物理量，無論其是否為正弦量，都可作為信號（非正弦周期函數(shù)）進行分析處理，其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)方法是傅里葉級數(shù)展開和傅里葉變換。在實際系統(tǒng)中，波形大都可以用解析式表示，有些波形則不能用解析式表示，此時，均可以采用將此周期函數(shù)離散化的處理方法，轉(zhuǎn)化為時間函數(shù)，采用離散傅里葉變換（DFT）和快速傅里葉變換（FFT）計算出各次諧波值。在此基礎(chǔ)上，小波分析是近年來數(shù)學(xué)研究成果之一，因其在理論上的完美性和應(yīng)用上的廣泛性，使小波分析在信號處理、圖像分析、模式識別等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

小波分析可以根據(jù)波形不同的頻率成分，在時域和空間域自動調(diào)節(jié)取樣的疏密；頻率高時，則密；頻率低時，則疏?；谛〔ǚ治鲞@些優(yōu)秀特性，研究人員可以觀察波形的任意細節(jié)并加以分析。小波變換及性質(zhì)可定義為函數(shù)h(x)?L?R?如果滿足以下的容許條件：

2????h(?)2???d???

（1-1）

則稱h(x)是一個基本小波或小波母函數(shù)，而稱

ha,b(x)?a?12?x?b?h??,(a,b?R,a?0)

（1-2）

a??式（1-2）為由小波母函數(shù)Φ(x)生成的依賴于參數(shù)a和b的小波。ha,b(x)也可以看成是由h(x)經(jīng)伸縮平移后得到的一個函數(shù)簇。小波變換中參數(shù)a、b有明確的物理意義，a是頻率參數(shù)，b是時間參數(shù)。

小波變換的主要性能是其“變焦”性能，該特性能將高次諧波信號中各種不同頻率成分分解在相應(yīng)的時空域，并給出不同頻率正弦波的相位。在有源濾波器的檢測電路中，需要檢測的只是除去基波外的所有畸變波形的含量，不需要分析出各次畸變波形的大小，但是實時性要求很高，而傅里葉變換能分析出各次畸變波形的分量，但實時性較差。小波變換是一種調(diào)和，不僅能實現(xiàn)實時，而且變換本身對波形的奇異點非常敏感，該特點可以用來跟蹤那些變化非常突然的諧波信號，而這種信號正是高次諧波檢測的難點。

三、抑制電網(wǎng)諧波的方法

抑制和消除高次諧波的目的，是為了使電網(wǎng)電壓的畸變率不超過2%，電壓的負序分量不超過正序分量的1%或1.5%，電壓的零序分量不超過正序分量的1%時，電機可以保證正常運行。抑制諧波措施有以下幾方面：

1、減少諧波源

具體措施是讓系統(tǒng)整流設(shè)備容量遠遠小于系統(tǒng)短路容量，由于系統(tǒng)短路容量大，系統(tǒng)電抗小，因此系統(tǒng)電壓畸變就小。

1）采用多脈沖波換流器，采用多相脈沖換流器以增加脈波數(shù)，可以大幅度地消除低次諧波，一般采用脈波數(shù)為12。少用半控橋式接線，因為這種接線所產(chǎn)生的諧波中含有不易處理的偶次諧波。

2）采用變壓器相位移，比如三繞組變壓器，通過二次繞組相位移30o電角度后，由兩個格雷茲橋串聯(lián)組成的換流器單元，脈波數(shù)提高為12。

3）受電變壓器的一次和整流變壓器的二次分別采取Δ型連接方式，這樣做可消除3次、6次、9次諧波。

2、改進電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)，提高抗諧波能力

在電網(wǎng)中，為了抵抗軸電流，電機采用接地電刷裝置或軸承座加絕緣措施。電氣設(shè)備采用疊片磁路，減少渦流損耗。同時，為了提高耐熱能力，采用真空壓力敷設(shè)V·P·I浸漬工藝措施，用于提高抗諧波能力。

3、裝設(shè)濾波器

濾波電容器是指與有關(guān)器件，如電抗器、電阻器等連接在一起，對一種或多種諧波電流提供低阻通道的一種電容器。其作用是對某種諧波電流發(fā)生共振而被吸收，不注入電網(wǎng)。濾波器安裝在非線性負載側(cè)的母線上。

濾波器分為無源型和有源型。無源濾波器具有簡單可靠維護方便等優(yōu)點而被廣泛使用，有源濾波器是新一代的諧波補償裝置，具有良好的補償特性，能同時滿足補償諧波和無功功率要求，由于其價格較高維護復(fù)雜等缺點，在我國應(yīng)用還不太廣泛。

四、結(jié)語

電網(wǎng)高次諧波引起電網(wǎng)公害，導(dǎo)致供電質(zhì)量下降，嚴重影響各種電氣設(shè)備的安全運行。本文從高次諧波分析數(shù)學(xué)方法入手，闡述了高次諧波的抑制方法，如裝設(shè)濾波器，通過這些措施，阻止這些高次諧波進入電網(wǎng)，達到了抑制諧波的目的。

參考文獻：

【1】 潘志．近代分析數(shù)學(xué)基礎(chǔ)．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社．1993年

【2】 任子暉．煤礦電網(wǎng)諧波分析與治理．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社．2003年 【3】 吳敬昌．電力系統(tǒng)諧波．北京：水利電力出版社．1988年

第三篇：諧波的產(chǎn)生原因和治理方式

諧波的產(chǎn)生原因和治理方式 供電系統(tǒng)中的諧波

在供電系統(tǒng)中諧波電流的出現(xiàn)已經(jīng)有許多年了。過去，諧波電流是由電氣化鐵路和工業(yè)的直流調(diào)速傳動裝置所用的，由交流變換為直流電的水銀整流器所產(chǎn)生的。近年來，產(chǎn)生諧波的設(shè)備類型及數(shù)量均已劇增，并將繼續(xù)增長。所以，我們必須很慎重地考慮諧波和它的不良影響，以及如何將不良影響減少到最小。1 諧波的產(chǎn)生

在理想的干凈供電系統(tǒng)中，電流和電壓都是正弦波的。在只含線性元件(電阻、電感及電容)的簡單電路里，流過的電流與施加的電壓成正比，流過的電流是正弦波。

在實際的供電系統(tǒng)中，由于有非線性負荷的存在，當(dāng)電流流過與所加電壓不呈線性關(guān)系的負荷時，就形成非正弦電流。任何周期性波形均可分解為一個基頻正弦波加上許多諧波頻率的正弦波。諧波頻率是基頻的整倍數(shù)，例如基頻為50Hz，二次諧波為100Hz，三次諧波則為150Hz。因此畸變的電流波形可能有二次諧波、三次諧波??可能直到第三十次諧波組成。2 產(chǎn)生諧波的設(shè)備類型

所有的非線性負荷都能產(chǎn)生諧波電流，產(chǎn)生諧波的設(shè)備類型有：開關(guān)模式電源(SMPS)、電子熒火燈鎮(zhèn)流器、調(diào)速傳動裝置、不間斷電源(UPS)、磁性鐵芯設(shè)備及某些家用電器如電視機等。(1)開關(guān)模式電源(SMPS)：

大多數(shù)的現(xiàn)代電子設(shè)備都使用開關(guān)模式電源(SMPS)。它們和老式的設(shè)備不同，它們已將傳統(tǒng)的降壓器和整流器替換成由電源直接經(jīng)可控制的整流器件去給存貯電容器充電，然后用一種和所需的輸出電壓及電流相適合的方法輸出所需的直流電流。這對于設(shè)備制造廠的好處是使用器件的尺寸、價格及重量均可大幅度地降低，它的缺點是不管它是哪一種型號，它都不能從電源汲取連續(xù)的電流，而只能汲取脈沖電流。此脈沖電流含有大量的三次及高次諧波的分量。(2)電子熒光燈鎮(zhèn)流器：

電子熒光燈鎮(zhèn)流器近年被大量采用。它的優(yōu)點是在工作于高頻時可顯著提高燈管的效率，而其缺點是其逆變器在電源電流中產(chǎn)生諧波和電氣噪聲。使用帶有功率因數(shù)校正的型號產(chǎn)品可減少諧波，但成本昂貴。(3)直流調(diào)速傳動裝置：

直流電動機的調(diào)速控制器通常采用三相橋式整流電路，它也稱作六脈沖橋式整流電路，因為在直流輸出側(cè)每周波內(nèi)有六個脈沖(在每相的半波上有一個)。直流電動機的電感是有限的，故在直流電流中有300Hz的脈動波(即為供電頻率的6倍)，這就改變了供電電流的波形。(4)不間斷電源(UPS)：

根據(jù)電能變換方式和由外部供電到內(nèi)部供電所用轉(zhuǎn)換方式的不同，UPS有許多不同的類型。主要的類型有：在線的UPS、離線的UPS和線路交互作用的UPS。由UPS供電的負荷總是電子信息設(shè)備，它們是非線性的并且含有大量的低次諧波。

(5)磁芯器件：

在有鐵芯的電抗器上的勵磁電流和磁通密度之間的關(guān)系總是非線性的。如果電流波形是正弦波(亦即電路中串聯(lián)的電阻很大)那么磁場中會有高次諧波，這被認為是強迫磁化過程。如果施加在線圈上的電壓是正弦波形(亦即串聯(lián)的電阻很

小)則磁通密度也將是正弦波形，而電流波形則含有高次諧波，這被認為是自由磁化過程。諧波引發(fā)的問題及解決措施

諧波電流在電源系統(tǒng)內(nèi)以及裝置內(nèi)均會造成問題。但其影響和解決措施非常不一樣，需要分別處理；適用于消除諧波在裝置內(nèi)不良影響的辦法并不能減少諧波在電源系統(tǒng)內(nèi)造成的畸變，反之亦然。

(1)裝置內(nèi)的諧波問題及解決措施：

有幾個常見多發(fā)的問題是由諧波引起的：電壓畸變、過零噪聲、中性線過熱、變壓器過熱、斷路器的誤動作等。

①電壓畸變：因為電源系統(tǒng)有內(nèi)阻抗，所以諧波負荷電流將造成電壓波形的諧波電壓畸變(這是產(chǎn)生“平頂”波的根源)。此阻抗有兩個組成部分：電源接口(PCC)以后的電氣裝置內(nèi)部電纜線路的阻抗和PCC以前電源系統(tǒng)內(nèi)的阻抗，用戶處的供電變壓器即是PCC的一例。

由非線性負荷引起的畸變負荷電流在電纜的阻抗上產(chǎn)生一個畸變的電壓降。合成的畸變電壓波形加到與此同一電路上所接的全部其他負荷上，引起諧波電流的流過，即使這些負荷是線性的負荷也是如此。

解決的辦法是把產(chǎn)生諧波的負荷的供電線路和對諧波敏感的負荷的供電線路分開，線性負荷和非線性負荷從同一電源接口點開始由不同的電路饋電，使非線性負荷產(chǎn)生的畸變電壓不會傳導(dǎo)到線性負荷上去。

②過零噪聲：許多電子控制器要檢測電壓的過零點，以確定負荷的接通時刻。這樣做是為了在電壓過零時接通感性負荷不致產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓，從而可減少電磁干擾(EMI)和半導(dǎo)體開關(guān)器件上的電壓沖擊。當(dāng)在電源上有高次諧波或瞬態(tài)過電壓時，在過零處電壓的變化率就很高且難于判定從而導(dǎo)致誤動作。實際上在每個半波里可有多個過零點。

③中性線過熱：在中性點直接接地的三相四線式供電系統(tǒng)中，當(dāng)負荷產(chǎn)生3N次諧波電流時，中性線上將流過各相3N次諧波電流的和。如當(dāng)時三相負荷不平衡時，中性線上流經(jīng)的電流會更大。最近研究實驗發(fā)現(xiàn)中性線電流會可能大于任何一相的相電流。造成中性線導(dǎo)線發(fā)熱過高，增加了線路損耗，甚至?xí)龜鄬?dǎo)線。

現(xiàn)行的解決措施是增大三相四線式供電系統(tǒng)中中性線的導(dǎo)線截面積，最低要求要使用與相線等截面的導(dǎo)線。國際電工委員會(IEC)曾提議中性線導(dǎo)線的截面應(yīng)為相線導(dǎo)線截面的200%。

④變壓器溫升過高：接線為Yyn的變壓器，其二次側(cè)負荷產(chǎn)生3N次諧波電流時，其中性線上除有三相負荷不平衡電流總和外，還將流過3N次諧波電流的代數(shù)和，并將諧波電流通過變壓器一次側(cè)流入電網(wǎng)。解決上述問題最簡單的辦法是采用Dyn接線的變壓器，使負荷產(chǎn)生的諧波電流在變壓器△形繞組中循環(huán)，而不致流入電網(wǎng)。

無論諧波電流流入電網(wǎng)與否，所有的諧波電流都會增加變壓器的電能損耗，并增加了變壓器的溫升。

⑤引起剩余電流斷路器的誤動作：剩余電流斷路器(RCCB)是根據(jù)通過零序互感器的電流之和來動作的，如果電流之和大于額定的限值它就將脫扣切斷電源。出現(xiàn)諧波時RCCB誤動作有兩個原因：第一，因為RCCB是一種機電器件，有時不能準確檢測出高頻分量的和，所以就會誤跳閘。第二，由于有諧波電流的緣故，流過電路的電流會比計算所得或簡單測得的值要大。大多數(shù)的便攜式測量儀表并

不能測出真實的電流均方根值而只是平均值，然后假設(shè)波形是純正弦的，再乘一個校正系數(shù)而得出讀數(shù)。在有諧波時，這樣讀出的結(jié)果可能比真實數(shù)值要低得多，而這就意味著脫扣器是被整定在一個十分低的數(shù)值上。

現(xiàn)在可以買到能檢測電流均方根值的斷路器，再加上真實的均方根值測量技術(shù)，校正脫扣器的整定值，便可保證供電的可靠性。(2)影響供電電源的諧波問題及解決措施：

《中華人民共和國電力法》指出：“用戶用電不得危害供電、用電安全和擾亂供電、用電秩序”，《供電營業(yè)規(guī)則》中規(guī)定：“用戶的非線性阻抗特性的用電設(shè)備接入電網(wǎng)運行所注入電網(wǎng)的諧波電流和引起公共連接點至正弦波畸變超過標準時，用戶必須采取措施予以消除?！?/p>

由畸變電流造成的電壓畸變?nèi)Q于電源阻抗。阻抗愈大則由同一電流畸變所造成的電壓畸變就愈大。對于10次以下的諧波而言，供電網(wǎng)絡(luò)通常是感性的，所以電源阻抗就和頻率成正比，諧波次數(shù)越高，所造成的畸變就越大。通常不可能減小供電系統(tǒng)的阻抗，所以需要采用別的步驟來保證電壓畸變不超過限度?？赡艿慕鉀Q方法有：裝用諧波濾波器、裝用隔離變壓器和裝用有源的諧波調(diào)節(jié)器。

①裝用諧波濾波器：對于電動機控制器產(chǎn)生的諧波，諧波的形狀很分明，可以用濾波器來降低諧波電流。對于六脈沖的控制器，濾波器可去掉20%的五次諧波以及全部的高次諧波，對基波影響甚微。為了避免增益頂峰靠近諧波，必須用解諧的濾波器，而且可能需裝多個濾波器。在12脈沖橋路中最低次的諧波是11次的，此時情況比較簡單。

②裝用隔離變壓器：均衡的三次諧波電流傳回到電源去的問題可以用一臺Dyn接法的隔離變壓器來削弱。使用這種變壓器時，通常裝設(shè)一個旁路的電路以避免在進行變壓器的維護工作時長時期地對負荷停止供電。在這種情況下，應(yīng)采用中性線有足夠大的通用四芯饋線。在重要的配電系統(tǒng)中，有時把隔離變壓器就地裝在每一配電盤上，使3N次諧波電流與配電系統(tǒng)相隔離。隔離變壓器要適當(dāng)提高額定值，否則也會產(chǎn)生電壓畸變和過熱。

③裝用有源的諧波調(diào)節(jié)器：由變流器/逆變器產(chǎn)生的邊頻帶和諧波不能很好地用普通的濾波器來濾除，這是因為邊頻帶上的頻率是隨傳動裝置的速度而變化的，并且時常很接近于基波頻率。目前有源濾波器日益推廣應(yīng)用，它在工作時主動地注入一個電流來精確地補償由負荷產(chǎn)生的諧波電流，就會獲得一個純粹的正弦波。這種濾波設(shè)備的工作靠數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)來控制快速絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。因為設(shè)備是與供電系統(tǒng)并聯(lián)工作的，它只控制諧波電流，基波電流并不流過該濾波器。如果所需過濾的諧波電流比濾波器的容量大的話，它只是簡單地起限制作用而使波形得到部分的糾正。

諧波"一詞起源于聲學(xué)。有關(guān)諧波的數(shù)學(xué)分析在18世紀和19世紀已經(jīng)奠定了良好的基礎(chǔ)。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍被廣泛應(yīng)用。電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀20年代和30年代就引起了人們的注意。當(dāng)時在德國，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發(fā)表的有關(guān)變流器諧波的論文是早期有關(guān)諧波研究的經(jīng)典論文。到了50年代和60年代，由于高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，發(fā)表了有關(guān)變流器引起電力系統(tǒng)諧波問題的大量論文。70年代以來，由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴重。世界各國都對諧波問題予以充分和關(guān)注。國際上召開了多次有關(guān)諧波問題的學(xué)術(shù)會

議，不少國家和國際學(xué)術(shù)組織都制定了限制電力系統(tǒng)諧波和用電設(shè)備諧波的標準和規(guī)定。

供電系統(tǒng)諧波的定義是對周期性非正弦電量進行傅立葉級數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值（n=fn/f1）稱為諧波次數(shù)。電網(wǎng)中有時也存在非整數(shù)倍諧波，稱為非諧波（Non-harmonics）或分數(shù)諧波。諧波實際上是一種 干擾量，使電網(wǎng)受到“污染”。電工技術(shù)領(lǐng)域主要研究諧波的發(fā)生、傳輸、測量、危害及抑制，其頻率范圍一般 為2≤n≤40。

諧波是怎么產(chǎn)生的？

電網(wǎng)諧波來自于3個方面：

一是發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波：

發(fā)電機由于三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，鐵心也很難做到絕對均勻一致和其他一些原因，發(fā)電源多少也會產(chǎn)生一些諧波，但一般來說很少。

二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波：

輸配電系統(tǒng)中主要是電力變壓器產(chǎn)生諧波，由于變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性，加上設(shè)計變壓器時考慮經(jīng)濟性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。它的大小與磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵心的飽和程度有關(guān)。鐵心的飽和程度越高，變壓器工作點偏離線性越遠，諧波電流也就越大，其中3次諧波電流可達額定電流0.5%。

三是用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波：

晶閘管整流設(shè)備。由于晶閘管整流在電力機車、鋁電解槽、充電裝置、開關(guān)電源等許多方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用，給電網(wǎng)造成了大量的諧波。我們知道，晶閘管整流裝置采用移相控制，從電網(wǎng)吸收的是缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，從而給電網(wǎng)留下的也是另一部分缺角的正弦波，顯然在留下部分中含有大量的諧波。如果整流裝置為單相整流電路，在接感性負載時則含有奇次諧波電流，其中3次諧波的含量可達基波的30%；接容性負載時則含有奇次諧波電壓，其諧波含量隨電容值的增大而增大。如果整流裝置為三相全控橋6脈整流器，變壓器原邊及供電線路含有5次及以上奇次諧波電流；如果是12脈沖整流器，也還有11次及以上奇次諧波電流。經(jīng)統(tǒng)計表明：由整流裝置產(chǎn)生的諧波占所有諧波的近40%，這是最大的諧波源。

變頻裝置。變頻裝置常用于風(fēng)機、水泵、電梯等設(shè)備中，由于采用了相位控制，諧波成份很復(fù)雜，除含有整數(shù)次諧波外，還含有分數(shù)次諧波，這類裝置的功率一般較大，隨著變頻調(diào)速的發(fā)展，對電網(wǎng)造成的諧波也越來越多。

電弧爐、電石爐。由于加熱原料時電爐的三相電極很難同時接觸到高低不平的爐料，使得燃燒不穩(wěn)定，引起三相負荷不平衡，產(chǎn)生諧波電流，經(jīng)變壓器的三角形連接線圈而注入電網(wǎng)。其中主要是2 7次的諧波，平均可達基波的8% 20%，最大可達45%。

氣體放電類電光源。熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈等屬于氣體放電類電光源。分析與測量這類電光源的伏安特性，可知其非線性十分嚴重，有的還含有負的伏安特性，它們會給電網(wǎng)造成奇次諧波電流。

家用電器。電視機、錄像機、計算機、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具等，因具有調(diào)壓整流裝置，會產(chǎn)生較深的奇次諧波。在洗衣機、電風(fēng)扇、空調(diào)器等有繞組的設(shè)備中，因不平衡電流的變化也能使波形改變。這些家用電器雖然功率較小，但數(shù)量巨大，也是諧波的主要來源之一。

第四篇：高次諧波及其抑制措施

高次諧波及其抑制措施

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2006-05-23 09:21:47

來源：電子查詢網(wǎng)

以前，人們基本上只根據(jù)電壓的幅值和周波的穩(wěn)定性來衡量電能的質(zhì)量。近年來，隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，尤其是冶金、化工產(chǎn)品的開發(fā)、電氣鐵道系統(tǒng)的不斷擴大，以及電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，各種整流裝置、頻率變換裝置得到廣泛應(yīng)用，大量的非線性負荷接入電網(wǎng)，使得電網(wǎng)電壓已不是人們所想象的正弦波，而是發(fā)生了較大畸變，即產(chǎn)生了高次諧波。高次諧波污染電網(wǎng)，會引起各種電氣設(shè)備過熱、振動、產(chǎn)生噪音甚至損壞，還會引起計量儀表失準，或?qū)е吕^電保護裝置誤動作，造成重要的生產(chǎn)過程中斷甚至重大事故的發(fā)生。所以近10多年來，世界上許多國家已相繼把電網(wǎng)電壓中高次諧波的含量當(dāng)作衡量電能質(zhì)量的一項重要指標。在諧波抑制技術(shù)方面，有了許多成果，由交流電抗器和電容器組成的無源濾波器國內(nèi)外均已大量應(yīng)用到工程保護項目中，而有源電力濾波器的初步應(yīng)用實踐表明這一新型的諧波抑制裝置有著更為廣闊的發(fā)展前景。1 諧波及其產(chǎn)生

按國際上公認諧波定義為：“諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波的倍數(shù)”。由于諧波的頻率是基波頻率的整數(shù)倍數(shù)，也常稱它為高次諧波。

除了特殊情況外，諧波的產(chǎn)生主要是由于大容量電力和用電整流或換流，以及其他非線性負荷造成的。這些電力或用電設(shè)備從電力系統(tǒng)中吸收的畸變電流可以分解為基波和一系列的諧波電流分量。其諧波電流值實際上和50 Hz基波電壓值和供電網(wǎng)的阻抗幾乎無關(guān)。因此，對大多數(shù)諧波源視作為恒流源，它們與50 Hz基波不同，后者一般是恒流源?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)中發(fā)電機和變壓器在正常穩(wěn)態(tài)運行條件下，它們本身不會造成電網(wǎng)中電壓或電流的較大畸變，雖然在暫態(tài)擾動時（例如系統(tǒng)發(fā)生短路故障時、切合空載或空載投入變壓器時）以及超出其正常工作條件時（例如變壓器運行在其額定工作電壓以上時）將可能增大其產(chǎn)生的諧波含量。

系統(tǒng)中主要的諧波源是各種整流設(shè)備、交直流換流設(shè)備、電子電壓調(diào)整設(shè)備、電弧爐、感應(yīng)爐、現(xiàn)代工業(yè)設(shè)施為節(jié)能和控制使用各種電力電子設(shè)備、非線性負荷以及多種家用電器和照明設(shè)備等。電氣鐵道機車采用的大容量單相整流供電設(shè)施，除了產(chǎn)生大量諧波電流外，還對三相交流供電系統(tǒng)產(chǎn)生不平衡負荷和負序電流、電壓。這些負荷都使電力系統(tǒng)的電壓和電流產(chǎn)生畸變，并對電力設(shè)備和廣大用戶設(shè)備及通信線路產(chǎn)生危害或干擾影響。值得注意的是電視機也是一個諧波源，據(jù)測試，黑白電視機的諧波總含量達基波電流的90%，而彩色電視機的諧波電流更高，達基波電流的122%，它們的單臺容量雖然不大，但數(shù)量眾多，且大都在同一時間投入使用，其造成的諧波危害不容忽視。

由于諧波的危害性，所以許多國家都發(fā)布了限制電網(wǎng)諧波的國家標準，或由權(quán)威機構(gòu)制定限制諧波的規(guī)定。世界各國所制定的諧波標準大都比較接近。國家技術(shù)監(jiān)督局于1993年發(fā)布了中華人民共和國國家標準GB/T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，該標準從1994年3月1日起開始實施（下面內(nèi)容均引自該標準）。表1表示各級電壓波形畸變率及各次諧波電壓含量的限制。

為了控制電網(wǎng)的諧波電壓，必須限制每個諧波用戶注入電網(wǎng)的諧波電流。標準對諧波電流也作了限制（本文僅摘錄其中部分奇次諧波限值）。

 公用電網(wǎng)公共接地點的全部用戶向該點注入的諧波電流分量（均方根值）不應(yīng)超過表2中規(guī)定的允許值。2 諧波抑制技術(shù)

抑制電力系統(tǒng)諧波，主要有以下兩方面的措施。

(1)減少諧波源產(chǎn)生的諧波含量 這種措施一般在工程設(shè)計中予以考慮，最有效的辦法是增加整流裝置的脈波數(shù)，常用于大型整流裝置中。

(2)在諧波源附近安裝濾波器 就近吸收諧波電流，由交流電抗器和電容器組成的無源濾波器國內(nèi)外已大量應(yīng)用到工程實際中，而有源電力濾波器的初步應(yīng)用實踐表明這一新型的諧波抑制裝置有著更為廣闊的發(fā)展前景。

無源濾波器利用電路的諧振原理，即當(dāng)發(fā)生對某次諧波的諧振時，裝置對該次諧波形成低阻通路，而達到濾波的目的。在結(jié)構(gòu)上它是由電力電容器、電抗器和電阻經(jīng)適當(dāng)組合而成，運行中與諧波源并聯(lián)，除起濾波外還兼顧無功補償?shù)男枰?。無源濾波器結(jié)構(gòu)簡單，造價低，運行費用也低，在吸收高次諧波方面效果明顯。但由于其結(jié)構(gòu)原理上的原因，在應(yīng)用中也存在著一些難以克服的缺點：

①抑制較低次諧波的單調(diào)諧濾波器只對調(diào)諧點的諧波效果明顯，而對偏離調(diào)諧點的諧波無明顯效果，而實際工程設(shè)計時考慮設(shè)計投資又不可能靠增加濾波器的方法解決。

②當(dāng)系統(tǒng)中諧波電流增大時，無源濾波器可能過載，甚至損壞設(shè)備。而且濾波效果隨系統(tǒng)運行情況而變化，當(dāng)系統(tǒng)阻抗和頻率波動時，濾波效果變差。

③當(dāng)系統(tǒng)阻抗和頻率變化時，可能與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，使裝置無法運行，甚至使整個濾波系統(tǒng)無法正常運行。例如1978年底建成的武鋼1700 mm熱軋帶鋼廠成套引進工程，在設(shè)備試運行期間就曾發(fā)生過精軋主傳動裝置與3次諧波濾波器諧振的事故百余次。

國內(nèi)外的設(shè)計研究人員均注意到無源濾波器設(shè)計和運行中存在的問題，雖然采取了一系列的措施，但因無源濾波器在原理上帶來無法克服的缺點，有必要采用其他濾波方式來抑制諧波，有源濾波器就是一種新型的諧波抑制裝置。

有源電力濾波器的工作原理的整體構(gòu)成如圖1所示。

圖1中的檢測及控制電路對負載電流進行檢測，分離出諧波及基波無功部分，用以控制主電路輸出相應(yīng)的補償電流。而負載電流il按傅里葉級數(shù)展開為：

式中，i1q為基波有功電流；i1q為基波無功電流；ih為高次諧波電流。θl是基波電流初相位，θn為n次諧波初相位。

在圖1中，il=is+ic即負載電流由系統(tǒng)電源電流is和有源濾波器輸出的電流ic共同提供，如果控制有源電力濾波器的輸出電流，使ic=ih,則系統(tǒng)電源中就只需供給基波電流（有功與無功）了，即is=i1q+i1q,從而達到抑制諧波目的。簡單說，有源電力濾波器只要產(chǎn)生一個與負載諧波幅值相等，相位相同（在圖示參考方向下，若取is和il參考方向和圖中相反，ic參考方向與圖中相同，則相位相反）的電流注入諧波源，即可將諧波抵消掉，使之不會流入系統(tǒng)電源。由上述分析我們還可知，有源電力濾波器還可同時補償無功功率，這時只需使ic=ih+i1q，則is=i1q,即系統(tǒng)電源中就只需供給負載電流中的基波有功電流，這樣圖1中的is就是補償了諧波和基波無功電流后的系統(tǒng)電源供給的電流。 3 高次諧波和無功電流的檢測及控制

有源濾波器的效果如何，取決于如下3個方面：

(1)高次諧波和無功電流的正確檢測；

(2)補償電流的控制方案；

(3)主電路的結(jié)構(gòu)。

要使濾波器有很好的濾波效果，第一步我們必須正確檢測出高次諧波和無功電流，如果這一步都做不好的話，下面的設(shè)計就無從談起?，F(xiàn)在的檢測法主要有3種：

(1)頻率分析法該方法利用快速傅里葉變換，把負載電流中欲抵消的分量檢出，再合成總的補償電流。這種方法運算量相當(dāng)大，當(dāng)諧波的次數(shù)較高，微機的適時計算有困難，難以滿足準確、實時性的要求。

(2)瞬時無功功率理論基于瞬時無功功率理論的電流檢測法理論比較成熟，如圖2所示，它采用p-q法，將三相瞬時電壓和電流變換到二相正交的α-β坐標上，得到二相瞬時電壓和瞬時電流，然后根據(jù)定義得到瞬時有功功率p和瞬時無功功率q，再經(jīng)過濾波器，濾波器可用高通濾波器，讓高次諧波通過，而抑制基波部分，也可以用低通濾波器從瞬時功率中取出基波有功成分，把它變換成三相基波電流，再用三相負載電流減去這三相基波電流，再經(jīng)反變換即得三相補償電流。 

此種方法優(yōu)點是能快速跟蹤補償電流，進行適時補償，缺點是成本高，系統(tǒng)損耗大，特別當(dāng)補償諧波次數(shù)較高時，需要較高的PWM控制開關(guān)頻率。

(3)自適應(yīng)用檢測法、預(yù)測檢測法、基于滑模原理的方法等。

以上是檢測電流的方法，電流檢測出后，我們還必須對補償電流進行控制，它也有3種控制方法，這3種方法各有優(yōu)劣。

(1)滯環(huán)控制可獲得較好的控制性能，兼有快速響應(yīng)，開關(guān)頻率不太高和簡單易行的特點，被廣泛使用。

(2)三角波載波線性控制利用一個三角波和高次諧波比較從而得到不同時刻逆變器的開關(guān)狀態(tài)。此方法的響應(yīng)速度快，缺點是開關(guān)頻率不固定且較高，產(chǎn)生噪聲和造成較大的開關(guān)損耗及高頻失真。

(3)無差拍控制是一種在電流滯環(huán)比較控制技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的全數(shù)字化控制技術(shù)。該方法利用前一時刻的補償電流參考值和實際值，計算出下一時刻的電流參考值及各種開關(guān)狀態(tài)下逆變器電流輸出值，選擇某種開關(guān)模式作為下一時刻的開關(guān)狀態(tài)，從而達到電流誤差等于零的目標。該方法的優(yōu)點是能夠快速響應(yīng)電流的突然變化；缺點是計算量大，而且對系統(tǒng)參數(shù)依賴性較大。

隨著高速DSP(數(shù)字信號處理機)芯片的應(yīng)用，近年來不斷有新的改進方法出現(xiàn)。4 結(jié)語

電力系統(tǒng)中的諧波“污染”已經(jīng)十分的嚴重，日本作為電力電子技術(shù)最發(fā)達的國家，有源電力濾波器已經(jīng)到了普及應(yīng)用階段。在我們國家，現(xiàn)在很多的大學(xué)和科研機構(gòu)都在進行諧波抑制技術(shù)方面的研究，已經(jīng)取得了很大的進展。相信在不久的將來，我們也會開發(fā)出適合我國國情的諧波抑制裝置。參考文獻 1王兆安，等.諧波抑制和無功功率補償.北京：機械工業(yè)出版社，1998 2秦梅，等.三相平衡和不平衡系統(tǒng)中有害電流的檢測技術(shù).電工技術(shù)雜志，2000 3胡銘，等.有源濾波技術(shù)及其應(yīng)用.電力系統(tǒng)自動化，2000 4王曉毛.基于DSP有源電力濾波器的研究.廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2000 5赤木教授.有源電力濾波器全數(shù)字控制系統(tǒng)的調(diào)試要點.馮垛生譯（日）.東京工業(yè)大學(xué)，2002

第五篇：諧波如何產(chǎn)生范文

諧波如何產(chǎn)生？

答：向公用電網(wǎng)注入諧波電流或在公用電網(wǎng)上產(chǎn)生諧波電壓的電氣設(shè)備稱為諧波源。具有非線性特性的電氣設(shè)備是主要的諧波源，例如帶有功率電子器件的變流設(shè)備，交流控制器和電弧爐、感應(yīng)爐、熒光燈、變壓器等。

諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。

諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)，根據(jù)法國數(shù)學(xué)家傅立葉(M.Fourier)分析原理證明，任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量。諧波是正弦波，每個諧波都具有不同的頻率、幅度與相角。諧波可以區(qū)分為偶次與奇次諧波。在平衡的三相系統(tǒng)中，由于對稱關(guān)系，偶次諧波已經(jīng)被消除了，只有奇次諧波存在，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。我國工業(yè)企業(yè)也越來越多的使用產(chǎn)生諧波的電氣設(shè)備，例如晶閘管電路供電的直流提升機、交-交變頻裝置、軋鋼機直流傳動裝置、晶閘管串級調(diào)速的風(fēng)機水泵和冶煉電弧爐等。這些設(shè)備取用的電流是非正弦形的，其諧波分量使系統(tǒng)正弦電壓產(chǎn)生畸變。諧波電流的量取決于諧波源設(shè)備本身的特性及其工作狀況，而與電網(wǎng)參數(shù)無關(guān)，故可視為恒流源。各種晶閘管電路產(chǎn)生的諧波次數(shù)與其電路形式有關(guān)，稱為該電路的特征諧波。除特征諧波外，在三相電壓不平衡，觸發(fā)脈沖不對稱或非穩(wěn)定工作狀態(tài)下，上述電路還會產(chǎn)生非特征諧波。進行諧波分析和計算最有意義的是特征諧波，如果5，7，11，13次等。如直流側(cè)電流波紋較大，則5次諧波幅值將增大，其余各次諧波幅值將減少。當(dāng)電網(wǎng)接有多個諧波源時，由于各諧波源的同次諧波電流分量的相位不同，其和將小于各分量的算術(shù)和。變壓器激磁電流中含有3，5，7等各次諧波分量。由于變壓器的原副邊繞組中總有一組為角形接法，為3次諧波提供了通路，故3次諧波電流不流入電網(wǎng)。但當(dāng)各相激磁電流不平衡時，可使3次諧波的殘余分量(最多可達20%)進入電網(wǎng)。