電流諧波總畸變率

諧波畸變率，在電氣工程學科中表征波形相對正弦波畸變程度的一個性能參數(shù)，縮寫為THD（Total Harmonics Distortion）。其定義為全部諧波含量均方根值與基波均方根值之比，用百分數(shù)表示。

傅里葉法分析對總諧波畸變率進行分析 。根據(jù)傅立葉分析的理論，任何周期信號可以視為一系列不同頻率、幅值和相位的正弦信號的疊加，包括和原始信號同周期的信號（基波）和更高頻率的正弦信號（諧波）。以電壓信號為例，如基波電壓的有效值為U1，二次諧波電壓的有效值為U2，……，一般地，可以記n次諧波的有效值為Un。

對于工程應用中的實際信號，如電網(wǎng)電壓，通常認為其基波頻率為50Hz，但是，實際的電網(wǎng)電壓有低頻波動，并非嚴格的周期信號，此時，對多個周期的信號進行傅里葉變換，可以得到頻率為基波周期整數(shù)倍的諧波和非整數(shù)倍的間諧波。也就是說，電網(wǎng)電壓中既包含諧波，又包含間諧波。

（1）導致電力變壓器發(fā)熱。諧波導致電力變壓器發(fā)熱源于兩方面原因，其一是諧波電流能增加變壓器的銅損和漏磁損耗；其二是諧波電壓能增加鐵損。變壓器的發(fā)熱程度直接影響了變壓器使用容量的降低程度。

（2）導致電力電纜發(fā)熱。在三相對稱回路中，三次諧波在三相導線中相位相同，在中性線上疊加后產生了3倍于相線的諧波電流和諧波電壓，導致中性線溫度升高。智能建筑中大量的OA設備及電子式熒光燈均使三次諧波在系統(tǒng)中的占有率增大，因此諧波引起中性線發(fā)熱問題值得關注。當高頻電流通過導線時，電流具有集膚效應，顯然高次諧波電流的存在使線路集膚效應加重，線路外表面電流密度加大，從而導致線路（相線及中性線）發(fā)熱。

（3）導致對電子設備的干擾。智能建筑中自動化及電子信息設備均要求有較高的電源質量，且都工作于低電壓水平，極易受到諧波的干擾而使控制失常?？刂剖С？赡芤l(fā)三A系統(tǒng)的嚴重故障。

（4）電網(wǎng)電壓含有諧波時,會引起直流側電壓、電流異常波動 。導致低壓配電設備工作異常。諧波畸變可使配電用低壓電器設備（斷路器、漏電保護器、接觸器、熱繼電器等）發(fā)生故障。諧波電流使低壓電器設備鐵損、銅損增加，集膚效應加劇，從而產生異常發(fā)熱，誤動作等故障。

T電流總諧波畸變率是指諧波電流方均根值與基波電流方均根值之比的百分數(shù)。諧波電流總畸變THDi=IH/I1*100%;其中IH為諧波電流含量，等于所有次諧波電流的平方和再開根號，I1為基波電流有效值。電流有效值之比。常以百分數(shù)表示。電流諧波總畸變率THDi=IH/I1*100%，式中In--第n次諧波電流有效值，I1--基波電流有效值 。

諧波電壓總畸變率THDu=UH/U1*100%;諧波電流總畸變率THDi=IH/I1*100%;其中UH為諧波電壓含量，等于所有次諧波電壓的平方和再開根號，U1為基波電壓有效值。其中IH為諧波電流含量，等于所有次諧波電流的平方和再開根號，I1為基波電流有效值。

電壓諧波畸變率以各次諧波電壓的均方根值與基波電壓有效值之比的百分數(shù)來表示。

電壓諧波畸變率THDu=UH/U1*100%;式中Un--第n次諧波電壓有效值，U1--基波電壓有效值。

（1）在根據(jù)負載確定電力變壓器額定容量時，應考慮諧波畸變而留有格量。在民用建筑設計中一般應保證變壓器負荷率為70%～80%左右，該負荷率的工程裕量即可防范諧波引起的變壓器發(fā)熱危害。

（2）在電纜截面選擇中應考慮諧波引起線纜發(fā)熱的危害。對于聯(lián)接諧波主要擾動源設備的配線，確定線纜載流量時應日有足夠裕量，可適當放大一級選擇線纜截面。在三相四線制系統(tǒng)中，應考慮三次諧波電流和高次諧波電流引起的集膚郊應對中性線的發(fā)熱危害，即在中性線截面的選擇中國有足夠裕量。

（3）在設計和施工階段，建議采取以下措施抑制諧波對電子設備的干擾。①為該類設備設計專用回路供電，盡可能避免干擾沿供電線路竄入。②為易受干擾設備加裝線路濾波器，消除或抑制諧波分量，達到凈化電源目的。③使該類設備配線盡可能遠離諧波電流畸變嚴重的線路，以避免空間電磁干擾。

電網(wǎng)諧波網(wǎng)損一般有兩種計算方法，即采用諧波畸變率的諧波網(wǎng)損計算方法和采用等值電阻法計算諧波網(wǎng)損方法。方法各有優(yōu)缺點，了解和掌握諧波網(wǎng)損計算方法對需要采取治理措施的配電網(wǎng)提供合理的依據(jù)。

低壓配電網(wǎng)諧波網(wǎng)損計算方法采用諧波畸變率的諧波網(wǎng)損計算方法

諧波功率是以發(fā)熱的形式在電能轉換、傳輸過程中被消耗的，諧波功率實際上是因諧波產生的，為對電網(wǎng)的諧波網(wǎng)損進行估計，電流諧波總畸變率是非正弦周期性交變量的各次諧波含有率的平方和的平方根值，即諧波含量均方根值與基波均方根值之比，它是非正弦周期性波形的一個重要數(shù)字特征量，用以衡量波形畸變的程度。設

式中：

在不考慮集膚效應的情況下，線路電阻是一個固定值，則沒有諧波電流時線路損耗為

結論：線損的增加率為諧波總畸變率的平方。

當總諧波含有率為30%時，線損率將增加9%。這是在不考慮高次諧波集膚效應引起電阻增加情況下的諧波線損估計。 這種計算方法在理論上是可行的，對諧波網(wǎng)損的估計是確切的，但結果是一個比例數(shù)字則比較難計算出具體數(shù)字。同時不同的電網(wǎng)中各相電流畸變率不同，有時相差很大，用該方法可以計算每相的線損增加率，當從全網(wǎng)考慮時，則比較難對整個電網(wǎng)做出估計，在實際工作中，我們的測試結果反映了這一點，因此利用電流畸變率估算全網(wǎng)諧波功率損耗是不準確的。

低壓配電網(wǎng)諧波網(wǎng)損計算方法采用等值電阻法計算諧波網(wǎng)損方法

等值電阻法是目前經常采用的一種網(wǎng)絡損耗計算方法，其原理是將電流通過元件的有功損耗視為通過電網(wǎng)線路等值電阻和變壓器等值電阻所產生的有功損耗，全網(wǎng)在某個時段內的功率損耗就是該時段內均方根電流的平方和這些等值電阻的乘積。在不考慮高次諧波集膚效應的前提下，認為線路和變壓器等值電阻是一個常數(shù)，因此可以用等值電阻法計算全網(wǎng)的諧波網(wǎng)損。 2100433B

諧波功率除了對供熱用的電熱外，無任何效益，只是以發(fā)熱的形式在傳輸過程中各環(huán)節(jié)及用電設備中消耗掉。所以諧波功率實質上就是因諧波而產生的線損一諧波網(wǎng)損。為了對電網(wǎng)的諧波網(wǎng)損進行估計，設電流諧波總畸變率強，

在不考慮集膚效應的情況下，線路電阻為定值

所以線損增加率為：

因此，如果總諧波含有率為30%，那么線損就會增加9%。這是在不考慮高次諧波集膚效應引起電阻增加情況下的諧波線損估計。

而上述方法不能夠全面準確地計算中性線的線損，進一步表明了利用電流畸變率在估計全網(wǎng)諧波網(wǎng)損方面的不足。而等值電阻法則完全可以對全網(wǎng)或配網(wǎng)的諧波網(wǎng)損進行估計計算，雖然計算上不如上述方法簡單以及由于考慮的諧波次數(shù)有限可能有些誤差，但是隨著諧波次數(shù)的增加，諧波電流甚至遞減到可以忽略不計，由此形成的誤差在允許范圍內。