電力系統出現諧波的原因及其防治

原因:所謂諧波是指一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數倍，通常也稱之為高次諧波。

　　諧波主要由諧波電流源產生：當正弦基波電壓施加于非線性設備時，設備吸收的電流與施加的電壓波形不同，電流因而發生了畸變，由于負荷與電網相連，故諧波電流注入到電網中，這些設備就成了電力系統的諧波源。系統中的主要諧波源可分為兩類：含半導體的非線性元件，如各種整流設備、變流器、交直流換流設備、PWM變頻器等節能和控制用的電力電子設備;含電弧和鐵磁非線性設備的諧波源，如日光燈、交流電弧爐、變壓器及鐵磁諧振設備等。

　　防治:

　　降低諧波源的諧波含量

　　也就是在諧波源上采取措施，最大限度地避免諧波的產生。這種方法比較積極，能夠提高電網質量，可大大節省因消除諧波影響而支出的費用。具體方法有：

　　1增加整流器的脈動數

　　整流器是電網中的主要諧波源，其特征頻譜為：n=Kp±1，則可知脈沖數p增加，n也相應增大，而In≈I1/n，故諧波電流將減少。因此，增加整流脈動數，可平滑波形，減少諧波。

　　2 脈寬調制法

　　采用PWM，在所需的頻率周期內，將直流電壓調制成等幅不等寬的系列交流輸出電壓脈沖可以達到抑制諧波的目的。

　　3三相整流變壓器采用Y/Δ或Δ/Y的接線

　　這種接線可消除3的倍數次的高次諧波，這是抑制高次諧波的最基本的方法。

　　2 在諧波源處吸收諧波電流

　　這類方法是對已有的諧波進行有效抑制的方法，這是目前電力系統使用最廣泛的抑制諧波方法。主要方法有以下幾種：

　　1 無源濾波器

　　無源濾波器安裝在電力電子設備的交流側，由L、C、R元件構成諧振回路，當LC回路的諧振頻率和某一高次諧波電流頻率相同時，即可阻止該次諧波流入電網。由于具有投資少、效率高、結構簡單、運行可靠及維護方便等優點，無源濾波是目前采用的抑制諧波及無功補償的主要手段。但無源濾波器存在著許多缺點，如濾波易受系統參數的影響;對某些次諧波有放大的可能;耗費多、體積大等。因而隨著電力電子技術的不斷發展，人們將濾波研究方向逐步轉向有源濾波器。

　　2 有源濾波器

　　早在70年代初期，日本學者就提出了有源濾波器APF(Active Power Filter)的概念，即利用可控的功率半導體器件向電網注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達到實時補償諧波電流的目的。

　　與無源濾波器相比，APF具有高度可控性和快速響應性，能補償各次諧波，可抑制閃變、補償無功，有一機多能的特點;在性價比上較為合理;濾波特性不受系統阻抗的影響，可消除與系統阻抗發生諧振的危險;具有自適應功能，可自動跟蹤補償變化著的諧波。目前在國外高低壓有源濾波技術已應用到實踐，而我國還僅應用到低壓有源濾波技術。隨著容量的不斷提高，有源濾波技術作為改善電能質量的關鍵技術，其應用范圍也將從補償用戶自身的諧波向改善整個電力系統的電能質量的方向發展。

　　3 防止并聯電容器組對諧波的放大

　　在電網中并聯電容器組起改善功率因數和調節電壓的作用。當諧波存在時，在一定的參數下電容器組會對諧波起放大作用，危及電容器本身和附近電氣設備的安全。可采取串聯電抗器，或將電容器組的某些支路改為濾波器，還可以采取限定電容器組的投入容量，避免電容器對諧波的放大。

　　4 加裝靜止無功補償裝置

　　快速變化的諧波源，如：電弧爐、電力機車和卷揚機等，除了產生諧波外，往往還會引起供電電壓的波動和閃變，有的還會造成系統電壓三相不平衡，嚴重影響公用電網的電能質量。在諧波源處并聯裝設靜止無功補償裝置，可有效減小波動的諧波量，同時，可以抑制電壓波動、電壓閃變、三相不平衡，還可補償功率因數。

　　3 改善供電環境

　　選擇合理的供電電壓并盡可能保持三相電壓平衡，可以有效地減小諧波對電網的影響。諧波源由較大容量的供電點或高一級電壓的電網供電，承受諧波的能力將會增大。對諧波源負荷由專門的線路供電，減少諧波對其它負荷的影響，也有助于集中抑制和消除高次諧波。