电网谐波分析及处理对策
【摘 要】随着电力电子技术的迅速发展， 电力系统中大功率电力电子装置日益增多， 在提高工业装置的效率和自动化水平的同时， 导致了供电系统中谐波干扰增大， 造成电网电压电流波形严重畸变， 成为影响供电质量的新的突出问题， 并严重危及电力系统及用电设备的安全经济运行。
【关键词】谐波；电能；污染；治理
1 前言
电力系统中的三相交流发电机发出的三相交流电压一般可认为是50 Hz的正弦波，但由于系统中存在各种非线性元件，致使系统和用户的线路内出现了谐波，使电压或电流波形发生畸变。系统中产生谐波的非线性元件很多，尤其以大型硅整流设备和大型电弧炉所产生的谐波最为突出，严重影响系统的电能质量。
U（t）=2v2Usin（ωt+α）
其中： ω=2πf=2π/T
式中： U—电压的有效值， 其幅值为2v2U；
α—初相角；
ω、f 和T—工频角频率、频率和周期。
在电路中线性无源元件上的电压和电流的关系，不外乎比例（ u=Ri），微分（ u=L.di/dt） 和积分（ u =∫idt ） 等关系。正弦周期函数在进行加、减、微分和积分等运算时仍保持正弦函数的特点。在实际的供电系统中， 由于有非线性负荷的存在， 当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时， 电网电压的波形往往偏离正弦波形而发生畸变， 就形成非正弦电流。任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波（sinωIt） 加上许多谐波频率的正弦波。谐波频率是基频的整倍数， 例如基频为50 Hz ，2次谐波为100Hz： ，3 次谐波则为150 Hz。因此， 畸变的电流波形可能由2 次谐波、3 次谐波… … ， 直到第30 次谐波组成。
2 主要谐波源
2.1 系统的影响
（1）系统中交流发电机内部的定子和转子间的气隙， 由于受到铁心齿、槽和工艺的影响， 分布不均匀， 虽然各相电势的波形对称， 但三相电势中含有一定数量的奇次谐波；
（2）系统电网中大量变压器的励磁电流含有奇次谐波成分， 当变压器空载或过励磁时则更为严重， 并由此构成了主要的稳定性谐波源；
（3）当电网中投切空载变压器或电容器时， 其合闸涌流注入电网也会形成突发性的谐波源。
2.2 非线性负荷
随着电子技术的发展， 供电系统中增加了大量的非线性负载， 从低压小容量家用电器到高压大容量的工业交直流变换装置都有着广泛的应用，非线性用电设备已是产生谐波的主要原因。
3 谐波的危害
理想的公用电网所提供的电压应该是具有单一而固定的频率以及规定的电压幅值。谐波电流和电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的电气环境恶化，也给通信系统和公用电网以外的设备带来危害。具体来说，其危害主要包括：
（1）谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时，会引起线路过热甚至发生火灾；
（2）谐波会引起公用电网中局部并联谐振和串联谐振，从而使谐波进一步放大。使前述的危害大大增加，甚至引起严重事故；
（3）谐波会导致继电保护和自动装置误动作，并使电气测量仪表计量不准确；
（4）谐波对电网的影响。谐波电流在电网中的流动会在线路上产生有功功率损耗，它是电网线路损耗的一部分。一般来说，谐波电流与基波电流相比所占比例不大，但谐波频率高，导线的集肤效应使谐波电阻比基波电阻增大，因此谐波引起的附加线路损耗也增大。
（5） 谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，重者导致信息混乱，使通信系统无法正常工作；
4 抑制措施
4.1 安装电力滤波器
无源电力滤波器无功补偿效果良好，适合于稳态谐波场所。有源电力滤波器动态性能好，响应时间（15μs）短，三相补偿谐波电流的功率损耗低（小于设备额定功率的3%），适合于暂态谐波或谐波成分复杂、变化较快、随机性较强的场
所。
4.2 合理选用电力电子设备。
选用电力电子设备时，尽量选脉动数较大或有一定移相角的换流变压器。12 相脉冲整流THDv（电压畸变率）为10%～15%，18相脉冲整流的THDv为3%～8%，缺点是需要专用变压器，不利于设备的改造，价格较高。
4.3 保持电源三相平衡
从电源电压、线路阻抗、负载特性等方面找出不平衡原因，改善电源三相不平衡度；加装无功功率补偿装置，抑制电压波动、闪变、三相不平衡；增大供电电源容量，减小谐波含量。
4.4 合理改造电力电子装置
在用户进线处加串联电抗器，以增大和电气系统的电气距离，减小谐波的相互影响；具有谐波互补性的装置应集中，否则会分散或交错使用，适当限制谐波量大的工作方式。当设备本体无法改造时，可在谐波源附近安装有源电力滤波器来吸收谐波电流，但补偿容量较小，造价较高。
4.5 改进设备或装置性能，提高用电设备的抗干扰能力
信号线与动力线分开配线，尽量使用双绞线降低共模干扰。在通
讯电子控制系统中，编制的软件可适当增加对检测信号和输出控制部分的软件滤波，以增强系统自身的抗干扰能力。
5 结语
电网谐波对公用电网具有一定程度的破坏，是电网污染源之一，当前使用的各种方法都各有利弊，因此，分析和研究谐波的抑制措施具有重要的现实意义。
参考文献
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[3]卓放，周新.PWM 主电路实现的大容量有源电力滤波器[J].电力系统自动化， 2002.
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