第一篇：高頻諧波的危害和治理措施

高頻諧波的危害和治理

隨著國內(nèi)外電力電子技術(shù)的發(fā)展,大量由電力電子開關(guān)構(gòu)成的、具有非線性特性的用電設(shè)備廣泛應(yīng)用于冶金、鋼鐵、交通、化工等工業(yè)領(lǐng)域,如電解裝置、電氣機(jī)車、軋制機(jī)械、高頻爐等,故國內(nèi)外電網(wǎng)中的諧波污染狀況日益嚴(yán)重.美國電力科學(xué)研究院EPRI最近的報(bào)告指出,全美因諧波等電能質(zhì)量損失達(dá)幾百億美元.電網(wǎng)中的高次諧波會造成旋轉(zhuǎn)電機(jī)和變壓器過熱,使電力電容器組工作不正常,甚至造成熱擊穿損壞;對電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)、繼電保護(hù)自動裝置和電能計(jì)量等也有很大危害,嚴(yán)重時會引發(fā)設(shè)備誤動作,造成重大事故;諧波污染對通信、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、高精度加工機(jī)械,檢測儀表等用電設(shè)備也有嚴(yán)重的干擾.因此,必須采取有效的措施來消除電網(wǎng)中的高次諧波.在低壓配電網(wǎng)中這些諧波污染問題顯得尤為突出,嚴(yán)重影響到各種類大型廠礦的正常生產(chǎn),如鋼鐵、煤礦、化工、紡織等企業(yè),以及IT和大規(guī)模微電子集成電路企業(yè),造成產(chǎn)品報(bào)廢,生產(chǎn)線停產(chǎn),生產(chǎn)設(shè)備的壽命驟減甚至損壞.諧波使電網(wǎng)中串、并聯(lián)設(shè)備產(chǎn)生諧波損耗,降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率,大量的三次諧波電流流過中線時會使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi).諧波對計(jì)算機(jī)和數(shù)控設(shè)備具有很大危害,可以影響程序運(yùn)行,破壞數(shù)據(jù),使信息丟失,導(dǎo)致控制系統(tǒng)誤動作.諧波能夠影響各種電氣設(shè)備的正常運(yùn)行,對電機(jī)、變壓器、電容器、電纜等設(shè)備造成振動、過熱、絕緣老化,嚴(yán)重影響設(shè)備的使用壽命甚至直接造成設(shè)備損壞.例如大眾汽車在生產(chǎn)中所產(chǎn)生的諧波直接影響上海安亭電網(wǎng),且諧波的干擾使得大眾的DeviceNet現(xiàn)場總線自動化生產(chǎn)系統(tǒng)無法正常工作.這些諧波污染問題帶來的嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失以及隨著電力市場的發(fā)展趨勢,政府、企業(yè)和個人用戶對電能質(zhì)量越來越重視,產(chǎn)生諧波污染的用戶需要相應(yīng)的設(shè)備減輕或消除其對周邊電力系統(tǒng)的影響,電力運(yùn)行管理部門也會加強(qiáng)對相關(guān)企業(yè)的監(jiān)督管理.目前用戶通常采用并聯(lián)型無源濾波器來抑制諧波,但存在不少缺陷.現(xiàn)在的趨勢是采用電力電子裝置進(jìn)行諧波補(bǔ)償,即電力有源濾波器(APF).與前者相比,有源濾波器能對變化的諧波進(jìn)行迅速的動態(tài)跟蹤補(bǔ)償,而且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響.有源濾波器的應(yīng)用范圍很廣,從最常用的鋼鐵企業(yè)及其他有色金屬冶煉加工企業(yè),到煤礦,造紙,化工,玻璃,紡織以及電子和大規(guī)模集成電路芯片制造企業(yè),以及IT業(yè)所需的大量計(jì)算機(jī)服務(wù)器等,都需要有源濾波器保證其生產(chǎn)線的可靠穩(wěn)定運(yùn)行.有源濾波器的設(shè)計(jì)制造在國內(nèi)外均處于一個較初步階段.國內(nèi)外生產(chǎn)和研發(fā)該產(chǎn)品的公司很少.目前在國內(nèi)提供有源濾波器銷售服務(wù)的只有外資企業(yè),即ABB中國投資有限公司(上海)的低壓產(chǎn)品部,芬蘭NOKIANCAPACITOR公司,以及法國梅蘭日蘭電氣有限公司在中國所設(shè)機(jī)構(gòu).這幾家公司只提供產(chǎn)品的售前咨詢、銷售安裝和售后技術(shù)服務(wù),而其技術(shù)核心的研發(fā),以及設(shè)備元件的生產(chǎn)、裝配和測試均在國外完成.并且設(shè)備的價位很高,給各用戶安全高效的生產(chǎn)運(yùn)行,以及技術(shù)革新,新生產(chǎn)線的引進(jìn)等設(shè)置了較大的資金障礙.目前國內(nèi)依然停留在理論仿真、樣機(jī)試驗(yàn)的階段,還沒有可生產(chǎn)工業(yè)用有源濾波器的企業(yè),離工業(yè)化、產(chǎn)品化還有較大距離.這樣就造成了少數(shù)的外資公司在有源濾波器系列上處于價格和技術(shù)的壟斷地位.并且由于國內(nèi)外電網(wǎng)的不同(結(jié)構(gòu)、電壓等級、諧波源、諧波次數(shù)等),國外的產(chǎn)品并不能完全適合我國電網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)際.但是根據(jù)國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)狀,我國在有源濾波器方面的需求在近些年將有較大的增長.我國首都北京將在2008年舉辦奧運(yùn)會,屆時,諧波問題是電能質(zhì)量的主要問題,現(xiàn)階段北京奧組委已經(jīng)建立專門的諧波測量站,每周定期向國際奧組委上交諧波狀況報(bào)告,以保證電能質(zhì)量.我國最大的國際城市上海將在2010年全年舉辦世界博覽會,場館對電能質(zhì)量也提出了更高的要求,上海市也建立了專門的諧波測量站,以保證電能質(zhì)量.由此可見,諧波問題已成為當(dāng)前電力系統(tǒng)面臨的主要問題.抑制電網(wǎng)諧波的措施

消除電網(wǎng)中的諧波對延長電力設(shè)備的使用壽命和保證負(fù)載的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著非常重要的意義!1.加換流裝置的相數(shù)或脈動數(shù)

交直流換流器產(chǎn)生的特征諧波電流次數(shù)與其整流電路部分的脈動數(shù)有關(guān)，當(dāng)脈動數(shù)增多時，產(chǎn)生的諧波次數(shù)增高而諧波電流近似地與諧波的次數(shù)成反比，因此一系列次數(shù)較低成分較大的諧波能夠得以消除從而減少諧波源產(chǎn)生的諧波電流!通過改造換流裝置或利用相互間有一定移相角的換流變壓器可有效減小諧波量!這種裝置的缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜造價提高！2.加裝交流濾波裝置

裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置的傳統(tǒng)方法是采用調(diào)諧濾波器-“.!目前所采用的調(diào)諧濾波裝置一般由電力電容器電抗器和電子器適當(dāng)組合而成，濾波原理是對某諧波頻率形成低阻抗通路，相應(yīng)的諧波電流經(jīng)無源濾波器短路，從而避免其進(jìn)入供電系統(tǒng)！

調(diào)諧濾波器既可補(bǔ)償諧波，可補(bǔ)償無功功率，提電壓水平，且結(jié)構(gòu)簡單，諧波補(bǔ)償容量大，因此應(yīng)用比較廣泛!該方法的主要缺點(diǎn)是其補(bǔ)償特性受到電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)的影響，容易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波被放大，致使濾波器過載甚至燒毀!此外，它只能補(bǔ)償固定頻率的諧波，補(bǔ)償效果不甚理想!工程中實(shí)際應(yīng)用的調(diào)諧濾波器，一般由一組或數(shù)組單調(diào)諧濾波器組成，每組單調(diào)諧濾波器調(diào)諧于需要濾除的諧波頻率或者諧波頻率附近，當(dāng)需要濾除更高頻率的諧波電流而其幅值又較小時，可以再加裝一組高通濾波器!3.增加系統(tǒng)承受諧波能

在規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段，考慮將諧波源由較大容量的供電點(diǎn)或由高一級電壓的電網(wǎng)供電，可以減小諧波的影響!4.采用有源濾波器等新型抑制諧波的措施

諧波抑制的方法還有加裝有源電力濾波器有源電力濾波器是一種用于動態(tài)抑制諧波)補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置”它能對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償，有源電力濾波器通過監(jiān)測補(bǔ)償對象的電壓和電流，經(jīng)指令電流運(yùn)算電路計(jì)算出補(bǔ)償電流，該信號經(jīng)補(bǔ)償電流發(fā)生電路放大得出補(bǔ)償電流，補(bǔ)償電流因與負(fù)載電流中要補(bǔ)償?shù)闹C波電流大小相等)方向相反而抵消，從而使電網(wǎng)的電流)電壓恢復(fù)為正弦波形，有源電力濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償“且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，另外”有源濾波器還可以發(fā)出基波無功電流，進(jìn)一步減少負(fù)載的無功功率，提高功率因數(shù)。

高中頻熔煉爐專用諧波濾除裝置 KF-DYLB 適用范圍

應(yīng)用范圍 中頻爐、高頻爐、低壓大功率電解、電鍍、電弧爐、冷軋、熱軋、整流器、精密控制系統(tǒng)、變頻器和自動焊接等產(chǎn)生大量諧波的設(shè)備。諧波濾除效果好、平均濾除率75%，節(jié)電效果明顯10%左右，電網(wǎng)質(zhì)量明顯改善 主要技術(shù)參數(shù)

1.額定電壓： 220V、400V、690V、770V、1140V 2.基波頻率：50Hz.3.動態(tài)響應(yīng)時間： ≤20ms.4.基波無功補(bǔ)償：功率因數(shù)可達(dá)到0.92-0.95以上。

5.濾波效果達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》的要求。

6.濾除諧波次數(shù)：3次、5次、7次、11次、13次、17次、19次、23次、25次等。

7.電壓穩(wěn)定范圍：滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB12326-1990的要求。

8.諧波電流吸收率：對于5次諧波平均75%，對于7次諧波平均75%。9.防護(hù)等級：IP2X 效果與特點(diǎn)

? 以吸收諧波為第一功能，經(jīng)過諧波治理，注入PCC點(diǎn)電流、電壓滿足GB/T 14549-1993標(biāo)準(zhǔn)允許值。? 降低系統(tǒng)損耗，提高生產(chǎn)效率。?平穩(wěn)投切，改善三相不平衡。

? 濾波效果明顯，5、7、11次諧波電流吸收率達(dá)75%以上。? 提高變壓器利用率，改善變壓器溫升和噪音。工作原理及特點(diǎn)

采用LC濾波電路由濾波電容器、濾波電抗器、無觸點(diǎn)開關(guān)、控制器 和保護(hù)系統(tǒng)等主要部件組成。與諧波源并聯(lián)運(yùn)行，根據(jù)諧波電流特征、含 量、含有率及系統(tǒng)的無功量進(jìn)行設(shè)計(jì)。濾波支路為諧波波電流提供一個極低阻抗的通道，使大部分諧波電流被濾波器吸收，以大幅度降低系統(tǒng)諧波 電流注入值和降低電壓畸變率。與此同時，該裝置還向系統(tǒng)提供容性無功 功率，提高系統(tǒng)功率因數(shù)。

第二篇：變頻器的諧波危害及其治理措施

變頻器的諧波危害及其治理措施

變頻器

諧波

危害

治理 引言

在工業(yè)調(diào)速傳動領(lǐng)域中，與傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)速相比，使用變頻器調(diào)速有諸多優(yōu)點(diǎn)，故其應(yīng)用非常廣泛，但由于變頻器逆變電路的開關(guān)特性，對其供電電源形成了一個典型的非線性負(fù)載，變頻器在現(xiàn)場通常與其它設(shè)備同時運(yùn)行，例如計(jì)算機(jī)和傳感器，這些設(shè)備常常安裝得很近，這樣可能會造成相互影響。因此，以變頻器為代表的電力電子裝置是公用電網(wǎng)中最主要的諧波源之一，其對電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量有著重要的影響。諧波產(chǎn)生的過程

諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)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。

變頻器是工業(yè)調(diào)整傳動領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛的設(shè)備之一。變頻器是把工頻（50Hz）變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備。其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。由于變頻器逆變電路的開關(guān)特性，對供電電源形成了一個典型的非線性負(fù)載。因此以變頻器為代表的電力電子裝置是公用電網(wǎng)中最主要的諧波源之一。

諧波是指對周期性非正弦交流量進(jìn)行傅里葉級數(shù)分解所得到的大于基波頻率整數(shù)倍的各次分量，通常也稱為高次諧波，而基波是指其頻率與工頻相同的分量。就電力系統(tǒng)三相交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓來說，可以認(rèn)為其波形基本上是正弦量，即電壓波形基本上無直流和諧波分量。但由于電力系統(tǒng)中存在著各種各樣的諧波源（諧波源是指向公用電網(wǎng)注入諧波電流或在公用電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波電壓的電氣設(shè)備），特別是變流裝置等設(shè)備。其中變頻器的輸入側(cè)產(chǎn)生諧波的機(jī)理是：凡是在電源側(cè)有整流回路的都產(chǎn)生因其非線性引起的諧波。而變頻器輸出側(cè)產(chǎn)生諧波的機(jī)理是：在逆變電路中，對于電壓型電路來說，輸出電壓是矩形波。對電流型電路來說，輸出電流是矩形波。矩形波中含有較多的諧波，對負(fù)載會產(chǎn)生不利影響，因此即使電力系統(tǒng)中電源的電壓是正弦波，也會由于非線性元件的存在使得電網(wǎng)中總有諧波電流或電壓的存在。因此電網(wǎng)諧波的存在主要在于電力系統(tǒng)中存在各種非線性元件。

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)分為偶次與奇次性。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。3 諧波危害

對于電力系統(tǒng)來說，電力諧波的危害主要表現(xiàn)有以下幾方面：

(1)增加輸、供和用電設(shè)備的額外附加損耗，使設(shè)備的溫度過熱，降低設(shè)備的利用率和經(jīng)濟(jì)效益

● 電力諧波對輸電線路的影響

諧波電流使輸電線路的電能損耗增加。當(dāng)注入電網(wǎng)的諧波頻率位于在網(wǎng)絡(luò)諧振點(diǎn)附近的諧振區(qū)內(nèi)時，對輸電線路和電力電纜線路會造成絕緣擊穿。

● 電力諧波對變壓器的影響

諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場強(qiáng)度，諧波電流的存在增加了銅損。對帶有非對稱性負(fù)荷的變壓器而言，會大大增加勵磁電流的諧波分量。

● 電力諧波對電力電容器的影響

含有電力諧波的電壓加在電容器兩端時，由于電容器對電力諧波阻抗很小，諧波電流疊加在電容器的基波上，使電容器電流變大，溫度升高，壽命縮短，引起電容器過負(fù)荷甚至爆炸，同時諧波還可能與電容器一起在電網(wǎng)中造成電力諧波諧振，使故障加劇。

(2)影響繼電保護(hù)和自動裝置的工作可靠性

特別對于電磁式繼電器來說，電力諧波常會引起繼電保護(hù)及自動裝置誤動或拒動，使其動作失去選擇性，可靠性降低，容易造成系統(tǒng)事故，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

(3)對通訊系統(tǒng)工作產(chǎn)生干擾

電力線路上流過的幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場耦合時，會在鄰近電力線的通信線路中產(chǎn)生干擾電壓，干擾通信系統(tǒng)的工作，影響通信線路通話的清晰度，甚至在極端的情況下，還會威脅著通信設(shè)備和人員的安全。

(4)對用電設(shè)備的影響

電力諧波會使電視機(jī)、計(jì)算機(jī)的圖形畸變，畫面亮度發(fā)生波動變化，并使機(jī)內(nèi)的元件溫度出現(xiàn)過熱，使計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤，嚴(yán)重時甚至損害機(jī)器。諧波的治理措施 治理諧波問題，抑制輻射干擾和對供電系統(tǒng)的干擾，可采取屏蔽、隔離、接地及濾波以及加裝吸收裝置等技術(shù)手段。

附圖 1588-P01變頻器進(jìn)線側(cè)波形對比

注：附圖中接近梯形的圖形為變頻器進(jìn)線電流波形圖，另外的鋸齒狀圖形為頻譜圖。

(1)使用無源濾波器或有源濾波器

使用無源濾波器其主要是改變在特殊頻率下電源的阻抗，適用于穩(wěn)定、不改變的系統(tǒng)。而使用有源濾波器主要是用于補(bǔ)償非線性負(fù)載。LC濾波器是傳統(tǒng)的無源諧波抑制裝置，它由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成，與諧波源并聯(lián)，除具有濾波作用外，還有無功補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/p>

(2)增加變壓器的容量，減少回路的阻抗及切斷傳輸線路法

由于非線性負(fù)載引起的畸變電流在電纜的阻抗上產(chǎn)生一個畸變電壓降，而合成的畸變電壓波形加到與此同一線路上所接的其它負(fù)載，引起諧波電流在其上流過，因此，減少諧波危害的措施也可從加大電纜截面積，減少回路的阻抗方式來實(shí)現(xiàn)。目前，國內(nèi)較多采用提高變壓器容量，增大電纜截面積，特別是加大中性線電纜截面，以及選用整定值較大的斷路器、熔斷器等保護(hù)元件等辦法，但此種方式不能從根本上消除諧波，反而降低了保護(hù)特性與功能，又加大了投資，增加供電系統(tǒng)的隱患。

(3)安裝諧波吸收裝置

2008年我公司聚酯裝置大修期間改造應(yīng)用的是EP-2500和EP-2000諧波吸收裝置，將其并聯(lián)安裝在變頻器進(jìn)線側(cè)，這種諧波吸收裝置是一種無源類型的，EP裝置內(nèi)置的多通道頻譜儀并聯(lián)在電路中連續(xù)不斷地監(jiān)測系統(tǒng)中電流或電壓的每一狀態(tài)，當(dāng)呈現(xiàn)電壓諧波時，低通濾波器就起拉長和吸收的作用。當(dāng)出現(xiàn)一個瞬時的高壓瞬變或浪涌時，MOV（金屬氧化物變阻器）就將它箝位在正弦波形峰值的水平上。這個箝位作用產(chǎn)生的能量是由箝位的電壓和瞬變電壓的峰值的差值、MOV(金屬氧化物變阻器)的阻抗以及瞬變的持續(xù)時間來決定的，EP-2500可承受60萬焦耳的能量。EP裝置阻隔并吸收掉電路中的高次諧波，又不干擾其他設(shè)備，使設(shè)備安全運(yùn)行，保護(hù)了設(shè)備，使其壽命延長。當(dāng)消除諧波后，勢必會減少導(dǎo)體的集膚效應(yīng)，避免導(dǎo)體的溫度升高，減少了不必要的能耗，從而有效的節(jié)約電能。

2009年3月份聚酯裝置開車后，新改造的EP諧波裝置也隨即投入運(yùn)行使用，我們采用日本橫河DL750（采樣點(diǎn)500萬個）波形記錄儀對使用效果進(jìn)行了對比調(diào)查試驗(yàn)，現(xiàn)選取1588-P01變頻器的數(shù)據(jù)來看實(shí)際的應(yīng)用效果, 其電機(jī)及變頻器參數(shù)為：

電機(jī)：1LA6 316 4AA60-Z，160kW，275A，400V/△，1485r/min；

變頻器：6SE7032-6EG80-Z 180kVA。

儀器檢測的波形如下附圖所示:

從附圖可以看到：

● 從安裝前與安裝后的波形圖來看，正弦波上的高次諧波造成的毛刺現(xiàn)象基本消除，EP裝置不僅起到了電壓嵌位作用，并且把難以消除的高次諧波基本吸收掉（消除99%的高次諧波分量）； ● 從安裝前與安裝后的頻譜圖來看，高于50Hz的諧波噪聲得到有效的抑制，達(dá)到-40db的衰減，250Hz～650Hz的電壓畸變率衰減了60%以上，而1000Hz以上的頻譜相當(dāng)平直，電壓畸變率幾乎為零；

● 從PET變電所變壓器出口端進(jìn)行測量對比，所得到的波形圖和頻譜圖也有相當(dāng)改善。經(jīng)濟(jì)效益評價

諧波電流在電網(wǎng)中流動會產(chǎn)生有功功率損失，它構(gòu)成了電網(wǎng)線損的一部分，對電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行很不利。諧波源外送的諧波有功功率是由從電網(wǎng)吸收的基波有功功率的一部分轉(zhuǎn)化而成的，由此減少了電網(wǎng)可用容量，同時諧波功率本身即構(gòu)成了經(jīng)濟(jì)損失。

為了計(jì)量加裝EP裝置的節(jié)能效果，我們對變頻器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了跟蹤，目的是測量1588-P01的實(shí)際耗電量，所測得的數(shù)據(jù)如表1、2所示：（測量期間工藝生產(chǎn)已穩(wěn)定，電機(jī)轉(zhuǎn)速只做微調(diào)，27±2Hz附近調(diào)節(jié)）

節(jié)能效果：E=（W1-W2）/W1×100%= 4.6% 上述數(shù)據(jù)采集的是改造項(xiàng)目中一臺典型的變頻器數(shù)據(jù)，此次聚酯裝置改造共包括16臺EP裝置，這樣計(jì)算下來，節(jié)能效果是很可觀的。結(jié)束語

綜上所述，可以清楚地了解諧波產(chǎn)生的原因，在具體治理措施上可以采用無源濾波器、有源濾波器，EP諧波吸收裝置等來減少回路阻抗，將變頻器產(chǎn)生的諧波控制在最小范圍內(nèi)，達(dá)到科學(xué)合理用電、抑制電網(wǎng)污染、節(jié)約能源、提高電源質(zhì)量的目的。

金建新

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第三篇：變頻器的諧波危害及解決措施

變頻器的諧波危害及解決措施

1、前言

在工業(yè)調(diào)速傳動領(lǐng)域中，與傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)速相比，用變頻器調(diào)速有諸多優(yōu)點(diǎn)，顧其應(yīng)用非常廣泛，但由于變頻器逆變電路的開關(guān)特性，對其供電電源形成了一個典型的非線性負(fù)載，變頻器在現(xiàn)場通常與其它設(shè)備同時運(yùn)行，例如計(jì)算機(jī)和傳感器，這些設(shè)備常常安裝得很近，這樣可能會造成相互影響。因此，以變頻器為代表的電力電子裝置是公用電網(wǎng)中最主要的諧波源之一，其對電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量有著重要的影響。

2、諧波產(chǎn)生的過程

諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)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，如下圖所示。

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)分為偶次與奇次性。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。

3、諧波危害

對于電力系統(tǒng)來說，電力諧波的危害主要表現(xiàn)有以下幾方面：

(1)增加輸、供和用電設(shè)備的額外附加損耗，使設(shè)備的溫度過熱，降低設(shè)備的利用率和經(jīng)濟(jì)效益：

①電力諧波對輸電線路的影響：

諧波電流使輸電線路的電能損耗增加。當(dāng)注入電網(wǎng)的諧波頻率位于在網(wǎng)絡(luò)諧振點(diǎn)附近的諧振區(qū)內(nèi)時，對輸電線路和電力電纜線路會造成絕緣擊穿。

②電力諧波對變壓器的影響：

諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場強(qiáng)度，諧波電流的存在增加了銅損。對帶有非對稱性負(fù)荷的變壓器而言，會大大增加勵磁電流的諧波分量。

③電力諧波對電力電容器的影響：

含有電力諧波的電壓加在電容器兩端時，由于電容器對電力諧波阻抗很小，諧波電流疊加在電容器的基波上，使電容器電流變大，溫度升高，壽命縮短，引起電容器過負(fù)荷甚至爆炸，同時諧波還可能與電容器一起在電網(wǎng)中造成電力諧波諧振，使故障加劇。

(2)影響繼電保護(hù)和自動裝置的工作可靠性：

特別對于電磁式繼電器來說，電力諧波常會引起繼電保護(hù)及自動裝置誤動或拒動，使其動作失去選擇性，可靠性降低，容易造成系統(tǒng)事故，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

(3)對通訊系統(tǒng)工作產(chǎn)生干擾：

電力線路上流過的幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場耦合時，會在鄰近電力線的通信線路中產(chǎn)生干擾電壓，干擾通信系統(tǒng)的工作，影響通信線路通話的清晰度，甚至在極端的情況下，還會威脅著通信設(shè)備和人員的安全。

(4)對用電設(shè)備的影響：

電力諧波會使電視機(jī)、計(jì)算機(jī)的圖形畸變，畫面亮度發(fā)生波動變化，并使機(jī)內(nèi)的元件溫度出現(xiàn)過熱，使計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤，嚴(yán)重甚至損害機(jī)器。

此外，電力諧波還會對測量和計(jì)量儀器的指示不準(zhǔn)確及整流裝置等產(chǎn)生不良影響，它已經(jīng)成為當(dāng)前電力系統(tǒng)中影響電能質(zhì)量的大公害。

4、諧波的治理措施

治理諧波問題，抑制輻射干擾和供電系統(tǒng)干擾，可采取屏蔽、隔離、接地及濾波等技術(shù)手段。

①使用無源濾波器或有源濾波器；

使用無源濾波器其主要是改變在特殊頻率下電源的阻抗，適用于穩(wěn)定、不改變的系統(tǒng)。而使用有源濾波器主要是用于補(bǔ)償非線性負(fù)載。LC濾波器是傳統(tǒng)的無源諧波抑制裝置，它由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成，與諧波源并聯(lián)，除具有濾波作用外，還有無功補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/p>

②增加變壓器的容量，減少回路的阻抗及切斷傳輸線路法；

由于非線性負(fù)載引起的畸變電流在電纜的阻抗上產(chǎn)生一個畸變電壓降，而合成的畸變電壓波形加到與此同一線路上所接的其它負(fù)載，引起諧波電流在其上流過，因此，減少諧波危害的措施也可從加大電纜截面積，減少回路的阻抗方式來實(shí)現(xiàn)。目前，國內(nèi)較多采用提高變壓器容量，增大電纜截面積，特別是加大中性線電纜截面，以及選用整定值較大的斷路器、熔斷器等保護(hù)元件等辦法，但此種方式不能從根本上消除諧波，反而降低了保護(hù)特性與功能，又加大了投資，增加供電系統(tǒng)的隱患。

③使用無諧波污染的綠色變頻器。

綠色變頻器的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是：輸入和輸出電流都是正弦波，輸入功率因數(shù)可控，帶任何負(fù)載時都能使功率因數(shù)為1，可獲得工頻上下任意可控的輸出頻率。變頻器內(nèi)置的交流電抗器，它能很好的抑制諧波，同時可以保護(hù)整流橋不受電源電壓瞬間尖波的影響，實(shí)踐表明，不帶電抗器的諧波電流明顯高于帶電抗器產(chǎn)生的諧波電流。為了減少諧波污染造成的干擾，可在變頻器的輸出回路安裝噪聲濾波器。并且在變頻器允許的情況下，降低變頻器的載波頻率。另外，在大功率變頻器中，通常使用12脈沖或18脈沖整流，這樣在電源中，通過消除最低次諧波來減少諧波含量。例如12脈沖，最低的諧波是11次、13次、23次、25次諧波。依次類推，對于18脈沖，最低的諧波是17次和19次諧波。

變頻器中應(yīng)用的低諧波技術(shù)可歸納如下：

㈠逆變單元的并聯(lián)多重化，采用2個或多個逆變單元并聯(lián)，通過波形疊加抵消諧波分量。

㈡整流電路的多重化，在PWM變頻器中采用12脈沖、18脈沖或者24脈沖的整流，以減少諧波。

㈢ 逆變單元的串聯(lián)多重化，采用30脈沖的串聯(lián)逆變單元多重化線路，其諧波可減少到很小。

㈣ 采用新的變頻調(diào)制方法，如電壓矢量的菱形調(diào)制等。目前，許，多變頻器制造廠商已非常重視諧波問題，在設(shè)計(jì)時已從技術(shù)手段上保證了變頻器的綠色化，從而在根本上解決諧波問題。結(jié)論

綜上所述，可以清楚地了解諧波產(chǎn)生的原因，在具體治理上可采用無源濾波器、有源濾波器，減少回路阻抗，切斷諧波傳輸路徑及開發(fā)使用無諧波污染的綠色變頻器等方法，將變頻器產(chǎn)生的諧波控制在最小范圍內(nèi)，達(dá)到科學(xué)合理用電，抑制電網(wǎng)污染，提高電源質(zhì)量

第四篇：危害諧波變頻電源及解決措施

危害諧波變頻電源及解決措施

來源：直流電源http://004km.cn

變頻電源問題的變速驅(qū)動器在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的機(jī)械變速相比，變頻電源控制有很多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛采用，但由于可變頻率逆變器電路中，為形成一個負(fù)載一個典型的非線性，可變頻率的電源中的字段通常和其他設(shè)備在同一時間運(yùn)行，如計(jì)算機(jī)和傳感器，這些設(shè)備的電源的開關(guān)特性通常安裝非常接近，這可能會導(dǎo)致相互影響。因此，變頻電源與電力電子器件的主要公共電網(wǎng)的諧波源之一，電能質(zhì)量有著重要的影響。供電系統(tǒng)中的非正弦周期電的傅哩噎系列分解，除了得到相同的基頻分量和電網(wǎng)的諧波，但也獲得了一系列的基頻分量的定義是大于電網(wǎng)，電源稱為諧波。比基波和諧波頻率（N = fn/f1）稱為諧波次數(shù)。有時非諧波（非諧波）或分?jǐn)?shù)諧波。諧波實(shí)際上是一種干擾，使權(quán)力的“污染”，電能質(zhì)量惡化。諧波電工領(lǐng)域發(fā)生，傳輸，測量，危害和抑制的主要研究，其頻率范圍一般為2≤N≤40。電氣設(shè)備生產(chǎn)過程中，兩個諧波對公用電網(wǎng)諧波電流和諧波電壓在公共供電網(wǎng)絡(luò)上被稱為諧波源。具有非線性特性的電氣設(shè)備是主要諧波源，如電力電子轉(zhuǎn)換器的設(shè)備，通信控制器和電弧爐，感應(yīng)爐，熒光燈，變壓器等。的根本原因是由于非線性負(fù)載引起的諧波。當(dāng)電流通過負(fù)載時，的關(guān)系不是線性的與所施加的電壓，在非正弦電流的形成，導(dǎo)致諧波。諧波頻率的基波頻率的整倍數(shù)，根據(jù)法國數(shù)學(xué)家傅里耶（M.Fourier）的任何重復(fù)的波形，可以分解成正弦波成分分析原理包含多個基波的諧波的基本頻率和一系列。諧波正弦波，每個諧波的頻率，振幅和相位是不同的。諧波可以分為偶數(shù)和奇次諧波。在平衡的三相系統(tǒng)中，由于對稱關(guān)系，偶次諧波已經(jīng)被淘汰，只有奇次諧波的存在，導(dǎo)致奇次諧波的危害比諧波更多。電氣設(shè)備的工業(yè)企業(yè)，在中國有越來越多的諧波，如DC晶閘管電路供電的起重機(jī)械，交-交變頻器，軋鋼機(jī)直流傳動裝置，晶閘管串級調(diào)速的風(fēng)扇和水泵和冶煉電弧爐。這些設(shè)備使用電流不是正弦曲線，系統(tǒng)電壓失真的諧波分量。在諧波源設(shè)備本身的特征和工作條件的高次諧波電流被確定，而不管網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，所以它可以被視為一個恒定電流源。所有種晶閘管電路和電路形式所產(chǎn)生的諧波，稱為電路的特征諧波。除了特征諧波，在三相電壓不平衡，觸發(fā)脈沖不對稱或不穩(wěn)定的工作狀態(tài)，該電路可以產(chǎn)生非特征諧波。諧波分析和計(jì)算最顯著的特征諧波，5，7，11，13。如直流電流紋波，5次諧波的幅值會增加，其余部分的諧波振幅值將被減小。當(dāng)電源被連接有多個諧波源，由于相位均勻的高次諧波電流成分的諧波源是不同的，將是小于的各個組成部分的算術(shù)和。變壓器磁化電流的含3，第5，第7和第二高次諧波分量等。由于變壓器的初級和次級繞組的角度連接的一組，提供了一條路徑的3次諧波，所以3的高次諧波電流不流入電網(wǎng)。但是，當(dāng)勵磁電流的不平衡，3次諧波（高達(dá)20％）的殘差分量注入電網(wǎng)。三，電力系統(tǒng)諧波的危害，諧波的危害主要有以下幾個方面：

（1）增加的運(yùn)輸，供應(yīng)和使用的電氣設(shè)備的額外損失，使設(shè)備過熱的溫度，降低利用效率和經(jīng)濟(jì)效益設(shè)備

（2）在對傳輸線的：增加的能量損失的高次諧波電流的傳輸線的諧波的影響。當(dāng)諧振諧波頻率注入電網(wǎng)位于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的共振點(diǎn)附近，會導(dǎo)致傳輸線和電力電纜線路的絕緣擊穿。

（3）在變壓器上的諧波的影響：諧波電壓的變壓器的磁滯損耗，渦流損耗和絕緣的電場強(qiáng)度，存在的諧波電流增加銅損。具有不對稱負(fù)載的變壓器，將大大增加勵磁電流的諧波分量。危害諧波變頻電源和解決措施（2）（4）電力電容器上的諧波的影響：在所述電容器兩端的電壓諧波，電容器是非常小的電源諧波阻抗，高次諧波電流被疊加在電容器是根本，電容電流增大，溫度升高，壽命縮短，甚至爆炸電容器的過載，諧波也可能是在配合引起的電容器在電力系統(tǒng)中的電力諧波，故障加重。（5）影響繼電保護(hù)和自動裝置的工作可靠性，特別是對電磁繼電器，電力諧波經(jīng)常會導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置誤動或誤動，動作失去選擇性，可靠性低，容易造成系統(tǒng)事故，燕中巍和電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。（6）的通信系統(tǒng)的干擾：電力線通過的大振幅低頻諧波電流奇數(shù)通過磁耦合，會產(chǎn)生干擾電壓電力線附近，干擾通信系統(tǒng)中的通信線路，影響通信線路呼叫的清晰度，即使在極端情況下，也威脅到通信設(shè)備和人員的安全。（7）電氣設(shè)備的影響：電力諧波會使的圖形失真電視，電腦，屏幕亮度起伏變化，使機(jī)器元件的溫度過熱，計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)錯誤，嚴(yán)重時甚至?xí)p壞機(jī)器。此外，電力諧波的不利影響將是測量和測量儀器的指示是不準(zhǔn)確的，整流裝置，它已成為一種擾民的電流在電力系統(tǒng)中的質(zhì)量。四，諧波治理諧波問題，抑制輻射干擾和電源系統(tǒng)的干擾，可采取屏蔽，接地，隔離和濾波技術(shù)?？刂聘叽沃C波的主要措施是：增加系統(tǒng)容量，提高電源的電壓電平增加的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換器的移動設(shè)備的操作模式，以改善系統(tǒng)，設(shè)置交流濾波器可以減少系統(tǒng)中的諧波分量。AC濾波器由無源濾波器和有源電力濾波器2。有源濾波器是一種注入諧波電流補(bǔ)償系統(tǒng)，有源濾波器來補(bǔ)償非線性負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流的。它可以是快速的動態(tài)跟蹤補(bǔ)償諧波發(fā)生變化，并通過系統(tǒng)的阻抗的補(bǔ)償性能不會受到影響。它的結(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜的，損失大，設(shè)備成本高，在補(bǔ)償諧波同時，也將注入新的諧波。無源濾波器（LC濾波器）是使用LC共振原理，人為地引起的串聯(lián)諧振電路具有極低的阻抗，信道作為主諧波以進(jìn)行過濾，所以注入到電網(wǎng)。LC濾波器具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，諧波吸收效果是顯而易見的，但僅在的固有振動頻率的諧波補(bǔ)償效果好;及補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗大時，在一個給定的頻率，可能會發(fā)生在并聯(lián)諧振或電網(wǎng)阻抗和LC濾波器之間的串聯(lián)諧振。五，審查的無功功率補(bǔ)償，諧波抑制技術(shù)，是當(dāng)前和今后相當(dāng)長的一段時間，以緩解電力供應(yīng)和需求之間的矛盾，提高電源的質(zhì)量，廣泛使用的有效手段之一，可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會效益，為國家和用戶。諧波產(chǎn)生變頻電源控制在最小的范圍內(nèi)，達(dá)到科學(xué)合理的利用，抑制電網(wǎng)的污染，改善電能質(zhì)量。

第五篇：諧波諧振的危害及防治措施

諧波諧振的危害及防治措施

在電網(wǎng)運(yùn)行中，不可避免地會產(chǎn)生諧波與諧振，二者既有聯(lián)系，更有區(qū)別，以下就其定義、產(chǎn)生原因、危害及預(yù)防措施作以介紹，供參考。

1、定義

諧波是一個周期的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍，又稱高次諧波。通俗地說，基波頻率是50HZ，那末諧波就是頻率為100HZ、150HZ、200HZ...N*50HZ的正弦波。諧振是交流電路的一種特定工作狀況，在由電阻、電感和電容組成的電路中，當(dāng)電壓相量與電流相量同相時，就稱這一電路發(fā)生了諧振。諧波在電網(wǎng)中長期存在，而諧振僅是電網(wǎng)某一范圍內(nèi)的一種異常狀態(tài)。

2、產(chǎn)生原因

諧波的產(chǎn)生是由于電網(wǎng)中存在著非線性負(fù)荷（諧波源），如電力變壓器和電抗器、可控硅整流設(shè)備、電弧爐、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、家用電器等，另外，當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生諧振時，也要產(chǎn)生諧波。

諧振的發(fā)生是由于電力系統(tǒng)中存在電感和電容等儲能元件，在某些情況下，如電壓互感器鐵磁飽和、非全相拉合閘、輸電線路一相斷線并一端接地等，在部分電路中形成諧振。諧波也可產(chǎn)生諧振，由諧波源和系統(tǒng)中的某一設(shè)備或某幾臺設(shè)備可能構(gòu)成某次諧波的諧振電路。

3、危害及防治措施 由于諧波的存在，使得電壓、電流的波形發(fā)生畸變，可導(dǎo)致變壓器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)等電氣設(shè)備的損耗增大；電容器絕緣老化加快，使用壽命縮短；引起系統(tǒng)內(nèi)繼電保護(hù)和自動裝置誤動或拒動；干擾通訊信號等危害。

當(dāng)電網(wǎng)中諧波含量超出國家規(guī)定，就必須采取措施消除或抑制諧波，電力系統(tǒng)多采用濾波器裝置來消除諧波。諧振可導(dǎo)致系統(tǒng)一定范圍內(nèi)的過電壓和過電流。諧振過電壓不僅危害設(shè)備的絕緣，而且產(chǎn)生大的零序電壓分量，出現(xiàn)虛假接地和不正確的接地指示，并使小容量的異步電機(jī)發(fā)生反轉(zhuǎn)。持續(xù)的過電流會引起PT熔件熔斷甚至燒毀PT。在發(fā)生諧振時，運(yùn)行人員應(yīng)根據(jù)電壓、電流的異常指示，判斷諧振類型及可能產(chǎn)生的原因，并果斷采取措施，防止事故擴(kuò)大。