產(chǎn)生諧波設(shè)備簡介

是以具有強烈非線性特性的電弧為工作介質(zhì)、或者具有鐵磁飽和特性的鐵芯的以電力電子元件為基礎(chǔ)的開關(guān)電源的設(shè)備。

產(chǎn)生諧波的設(shè)備主要分為以下幾類：

1、具有鐵磁飽和特性的鐵芯設(shè)備：變壓器、電抗器等

2、以具有強烈非線性特性的電弧為工作介質(zhì)：氣體放電燈、交流弧焊機、煉鋼電弧爐等

3、以電力電子元件為基礎(chǔ)的開關(guān)電源：各種電力變流設(shè)備（整流器、逆變器、變頻器）、相控調(diào)速、調(diào)壓裝置、大容量的電力晶閘管可控開關(guān)設(shè)備等。2100433B

電網(wǎng)諧波主要由發(fā)電設(shè)備(電源端)、輸配電設(shè)備以及電力系統(tǒng)非線性負載等三個方面引起的。

(1)電源端產(chǎn)生的諧波

發(fā)電機的三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，由于制作工藝影響，其鐵心也很難做到絕對的均勻一致，加上發(fā)電機的穩(wěn)定性等其他一些原因，會產(chǎn)生一些諧波，但一般來說相對較少。

(2)輸配電過程產(chǎn)生的諧波

電力變壓器是輸配電過程中主要的諧波來源，由于變壓器的設(shè)計需要考慮經(jīng)濟性，其鐵心的磁化曲線處于非線性的飽和狀態(tài)，使得工作時的磁化電流為角頂型的波形，因而產(chǎn)生奇次諧波。較高的變壓器鐵心飽和程度使得其工作點偏離了線性曲線，產(chǎn)生了較大的諧波電流，其奇次諧波電流的比例可以達到變壓器額定電流的0.5%以上。

(3)電力設(shè)備產(chǎn)生的諧波

1)整流晶閘管設(shè)備。由于整流晶閘管廣泛應(yīng)用在開關(guān)電源、機電控制、充電裝置等許多方面，給電網(wǎng)帶來了相當多的諧波。據(jù)統(tǒng)計，由整流設(shè)備引起的諧波將近達到全部諧波的40%，是諧波的一個主要來源。

2)變頻設(shè)備。電動機、電梯、水泵、風(fēng)機等機電設(shè)備中常用的變頻設(shè)備，因為大部分是相位控制，其諧波成分比較復(fù)雜，除了整數(shù)次的諧波成分外，還含有一定分數(shù)次的諧波成分，變頻設(shè)備的功率一般較大，其廣泛應(yīng)用對電網(wǎng)造成的諧波也越來越多。

3)氣體放電類電光源。氣體放電類電光源如高壓鈉燈、高壓汞燈、熒光燈以及金屬鹵化物燈等，其伏安特性的非線性相當嚴重，有的電光源還具有負伏安特性，這些都會給輸電網(wǎng)帶來奇次諧波成分。

4)家用電器設(shè)備。在空調(diào)器、冰箱、洗衣機、電風(fēng)扇等含有繞組的用電設(shè)備中，由于不平衡電流的變化也能使電源波形發(fā)生改變。另外，計算機、電視機、溫控炊具、調(diào)光燈具等，因其具有一定的調(diào)壓整流功能，也會產(chǎn)生高次的奇次諧波成分。這些家用電器設(shè)備也成為諧波的一個主要來源。

5)其他用電設(shè)備。

間諧波往往由較大的電壓波動或沖擊性非線性負荷所引起，所有非線性的波動負荷，如電弧焊、電焊機、各種變頻調(diào)速裝置、同步串級調(diào)速裝置及感應(yīng)電動機等均為間諧波波源，電力載波信號也是一種間諧波。

在各種電壓等級供電網(wǎng)中都可能出現(xiàn)間諧波。間諧波源主要有靜止頻率變換器，循環(huán)換流器，感應(yīng)電機和電弧設(shè)備等。

對于居民用電時間比較集中、季節(jié)性強、且諧波中含有大量零序分量的特點[6]，居民用電所產(chǎn)生的諧波治理可以從以下三個方面入手:設(shè)計方面;管理方面;技術(shù)方面 。

1)設(shè)計方面。首先要合理規(guī)劃供電結(jié)構(gòu)，在進行配網(wǎng)設(shè)計時，要盡量詳細的掌握配網(wǎng)的負載情況及諧波源。在低壓配網(wǎng)系統(tǒng)中，將產(chǎn)生諧波的電氣設(shè)備接在同一母線上，可以利用諧波的互補作用降低配網(wǎng)中的諧波含量;將不產(chǎn)生諧波的電氣設(shè)備接在同一母線，盡量減少諧波對其影響。關(guān)于變壓器，為了防止諧波電流引起的過熱，可以使用因數(shù)變壓器，該變壓

器的設(shè)計基本上是通過改善繞組和降低鐵芯損耗來減少由諧波電流所引起的附加損耗。配網(wǎng)中若有三相整流變壓器，應(yīng)采用D, ynll接線方式，以最大限度的抑制諧波。另外，在三相系統(tǒng)中，三相負荷功率相等不代表三相平衡，因為負荷的自身特性可能導(dǎo)致三相不平衡和非線性。所以在進行配電設(shè)計時，除了使三相負荷功率平衡外，還應(yīng)考慮各相所帶的負荷性質(zhì)。

2)管理方面。諧波的治理，需要大量的投資，走共同治理之路。在分清諧波來源基礎(chǔ)上，除了依靠供電部門，還要調(diào)動電力供需環(huán)節(jié)中的各個方面。諧波治理是綜合治理的過程，有明確的規(guī)定和要求，是改善供電品質(zhì)的重要方面。然而許多電力用戶，對諧波的危害沒有足夠的認識，往往認為諧波治理僅僅是電力部門的事情。就此而言，電力管理部門有必要加強

諧波治理方面的宣傳，強調(diào)諧波帶來的危害和諧波治理的重性及投資回報。在對諧波準確測量的基礎(chǔ)上，提出適合于用戶的治理方案。

3)技術(shù)方面。電力系統(tǒng)諧波的抑制方法可分為預(yù)防性和補救性兩大類，而針對居民用戶的特點預(yù)防方法效果不大，所以通常使用補救性方法，補救性方法主要是使用濾波器進行濾波。

濾波器分為無源濾波器和有源濾波器。二者之間的本質(zhì)區(qū)別在于:無源濾波器只能濾除特定階次的諧波電流，而有源濾波器是對電網(wǎng)進行實時監(jiān)測，在檢測到系統(tǒng)諧波的同時向系統(tǒng)注入一組與之相位相反的電流來抵消諧波電流，同時動態(tài)補償基波無功功率。其優(yōu)點是可同時處理多階次諧波，缺點是價格較貴。由于居民用電對電能質(zhì)量要求相對較低，應(yīng)盡量避免增設(shè)造價過的高設(shè)備，以防止對居民產(chǎn)生過高的資金分攤壓力，故采用單調(diào)諧濾波器與高通濾器相結(jié)合的混合無源濾波方式進行諧波治理。另外還可以通過改變電容器組的安裝位置或調(diào)整電容器組的無功出力來治理。在調(diào)諧的諧波次數(shù)下，電容器和電抗器具有相同的電抗，但是需要特別注意的是電容器應(yīng)能承受施加在其上的總電壓。然而，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，未來濾波的趨勢是采用有源濾波器。有源濾波器可以對頻率與幅度發(fā)生變化的諧波進行跟蹤，具有不受阻抗影響的特點，并且避免了出現(xiàn)諧振的危險。目前，以下3個原因限制了其在我國的應(yīng)用:1)國外同類裝置價格太高;2)人們對諧波危害還沒有足夠的認識;3)國內(nèi)諧波問題的污染程度還不是特別嚴重。但是，隨著技術(shù)的發(fā)展有源濾波器的價格會進一步下降，并且未來諧波源將越來越多也越來越多樣化，諧波問題會變得越來越復(fù)雜，因此人們對諧波認識也會逐漸加深，所以綜合來看，未來濾波的發(fā)展趨勢是有源濾波。

針對絕大多數(shù)居民用戶采用的TN-S或TN-C-S的配電方式，由于其存在中性線，零序諧波電流，特別是3次諧波電流在中線上會相互疊加，使得中線電流中的諧波狀況異常嚴重。面對這種狀況，除了適當增加中性線的截面積，降低其帶來的不利影響外，可以在中性線上加裝零序濾波電抗器。該電抗器使用的是LC調(diào)諧濾波器的原理，但是無電容拓撲，具有效率高、結(jié)構(gòu)簡單、投資少、運行可靠，不存在諧波放大和失諧等優(yōu)點。零序濾波裝置在三相四線制城市配電網(wǎng)濾波工程中具有較好的應(yīng)用價值，可以有效的降低諧波對配電網(wǎng)的危害。