配電網(wǎng)諧波地產(chǎn)生及危害

1、配電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生及危害一、諧波的概念在供電系統(tǒng)中，通常總是希望交流電壓和交流電流呈正弦波形。正弦電壓可表示為u(t) T2usin( t )(10 -12)式中，U 電壓有效值；a初相角；3角頻率，3=2 n f=2 n /T ;f 頻率；T周期。正弦電壓施加在線性無源元件電阻、電感和電容上，其電流和電壓分別為比例、積分和微分關(guān)系，仍為同頻率的正弦波。但當(dāng)正弦電壓施加在非線性電路上 時，電流就變?yōu)榉钦也?，非正弦電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降， 會使電壓波形也 變?yōu)榉钦也?。?dāng)然，非正弦電壓施加在線性電路上時，電流也是非正弦波。對 于周期為T=2 n / 3勺非正弦電壓u (3 t,) 般滿足狄里赫

2、利條件，可分解為如 下形式的傅里葉級數(shù)u( t) a0(an cosn t bn sin n t)(10 3)n 1式中1 2a。 o u( t)d( t)1 2anu( t)cos n td ( t)1 2bn0 u( t)sinn td( t)u( t) a。CnSin(n t n)n 1(n=1 , 2 , 3)(10 -4)式中，Cn、 n和an、0的關(guān)系為narctg(an/bn)an Cn sin nbncn cos在式(10-3)或式(10 -14)的傅里葉級數(shù)中，頻率為1/T的分量稱為基 波，頻率為大于1整數(shù)倍基波頻率的分量成為諧波，諧波次數(shù)為諧波頻率和基波 頻率的整數(shù)比。以上

3、公式及定義均以非正弦電壓為例， 對于非正弦電流的情況也 完全適用，把式中u(3 t )轉(zhuǎn)成(3 t )即可。n次諧波電壓含有率以 HRUn (Harmonic Ratio U n)表示。HRU n UjL 100(%)(10 -5)U1式中，Un第n次諧波電壓有效值(方均根值)；U1基波電壓有效值。n次諧波電流含有率以HRIn表示HRI n 100(%)(10 -16)11式中，In第n次諧波電流有效值；I1基波電流有效值。諧波電壓含量Uh和諧波電流含量Ih分別定義為電壓諧波總畸變 THDh (total harmonic distortionTHDi分別定義為(10 -7)(10 -8)TH

4、DhUhUi100(%)THDjInI1100(%)(10 -9)(10 -20)和電流諧波總畸變率以上介紹了諧波及諧波有關(guān)的基本概念。可以看出，諧波是一個周期電氣量 中頻率為大于1整數(shù)倍基波頻率的正弦波分量。由于諧波頻率高于基波頻率，有 人也把諧波也稱為高次諧波。實(shí)際上，“諧波”這一術(shù)語已經(jīng)包含了頻率高于基 波頻率的意思，因此再加上“高次”兩字是多余的二、諧波的產(chǎn)生2.1.變壓器變壓器的非線性是因其鐵芯材料具有非線性磁化曲線引起的。磁化曲線具有飽和、死區(qū)和滯后3種典型非線性特性，它以原點(diǎn)為對稱點(diǎn)，在正弦波電壓的作 用下，勵磁電流為對稱函數(shù)，并滿足 f( t ) f( t)，應(yīng)用傅立葉級數(shù)分解

5、 時僅有奇次項(xiàng)。對于3相對稱的變壓器來說，其3的奇數(shù)倍(3次、9次、15 次、)諧波均為零序，會受到變壓器接線方式的影響。故可認(rèn)為變壓器是一 種只產(chǎn)生奇次諧波的電流源型諧波源。 它的諧波次數(shù)還受1、2次側(cè)接線方式( 或Y)的影響，大小則與其磁路的結(jié)構(gòu)形式、鐵芯的飽和程度等有關(guān)。鐵芯的飽和程度越高，變壓器工作點(diǎn)偏離線性越遠(yuǎn)，諧波電流越大2.2.氣體放電類電光源照明工程中使用的電光源分為兩種： 一種是熱輻射類電光源，如白熾燈、鹵 鎢燈；另一種是氣體放電類光源，如熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈和金屬鹵化物 燈。通過測量及分析氣體放電類光源的全伏安特性可知，其非線形十分嚴(yán)重，含有負(fù)的伏安特性。氣體放電燈使

6、用時必須與電阻或電感串聯(lián)， 使其綜合伏安特性 不再為負(fù)，才能正常工作，串聯(lián)的電阻或電感統(tǒng)稱為鎮(zhèn)流器。其非線性相當(dāng)嚴(yán)重， 其中3次諧波含量達(dá)20%以上（以基波百分?jǐn)?shù)表示）。由于其特性為對稱函數(shù)， 也只含有奇次諧波，故氣體放電類電光源燈具屬于電流源型諧波源。2.3.其它非線性電氣設(shè)備（1）冶金、化工等企業(yè)和電氣化鐵路所用的換流設(shè)備利用整流元件的導(dǎo)通、 截止作用強(qiáng)行短接和斷流，這將產(chǎn)生諧波電流。（2 ）煉鋼電弧爐因電弧的負(fù)阻特性（電弧電阻隨電流增大而急劇減少）和 熔化期A相電極反復(fù)不規(guī)則地短路和斷弧，故而產(chǎn)生諧波電流。由于 3相負(fù)荷不 對稱，存在較多的3次諧波電流。精煉期諧波電流有所減小。（3 ）目

7、前民用建筑中的電氣設(shè)備一般都采用開關(guān)型電源。這類電路的電源 側(cè)是整流電路，而且大多數(shù)為單相全波整流電路。 其負(fù)載按具體線路則可分為感 性負(fù)載和容性負(fù)載兩種。感性負(fù)載的單相整流電路為僅含奇次諧波的電流源型諧 波源，其中3次諧波含有量達(dá)30%以上。容性負(fù)載的單相整流電路也只含有奇 次諧波，但由于電容電壓會通過整流管向電源側(cè)回饋，故屬于電壓源型諧波源。其諧波含有量與電容值C有關(guān)，C越大，諧波含量越大。（4）變頻電路是民用建筑中的另一種諧波源，常用于電梯、風(fēng)機(jī)、水泵的 調(diào)速電路。由于采用了相位控制，諧波成分非常復(fù)雜，不僅含有所有整數(shù)次諧波， 而且還含有非整數(shù)次諧波。這類裝置的功率一般較大，但數(shù)量較少，

8、對系統(tǒng)的諧 波有一定的影響。特別要指出的是，彩色電視機(jī)、微型計(jì)算機(jī)等家用電器和辦公 設(shè)備中的整流電路，雖然其單臺功率較小，但數(shù)量巨大，已成為民用建筑中最主 要的諧波產(chǎn)生源。三、諧波的危害（1 ）影響配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行配電網(wǎng)的電力變壓器、電力線路通常采用繼電保護(hù)措施，在故障情況下保障 系統(tǒng)和設(shè)備的安全。其檢測部分常采用電磁式繼電器、 感應(yīng)式繼電器或晶體管繼 電器。其中電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器對10%含量以下的諧波并不敏感，當(dāng)諧 波含量達(dá)到40%時將導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)誤動。晶體管繼電器具有很多優(yōu)點(diǎn)，將 取代電磁式繼電器和感應(yīng)式繼電器， 成為未來的發(fā)展方向。但晶體管繼電器采用 的整流取樣電路，極易受諧

9、波影響，產(chǎn)生拒動和誤動。還有一些繼電器由于所采 用電路的原因，會在諧波過大的情況下改變其特性。 因此諧波的泛濫將嚴(yán)重地威 脅配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。（2）影響供配電設(shè)備和用電設(shè)備的正常工作配電設(shè)備和用電設(shè)備設(shè)計(jì)時均以50Hz正弦波為額定條件，如諧波過大將會 導(dǎo)致額定工作點(diǎn)偏移，造成設(shè)備的功能不能正常發(fā)揮，甚至損壞。（3）影響電力測量和電能計(jì)量的準(zhǔn)確性目前大量采用的儀表分為電磁型、 電動型、磁電型和感應(yīng)型幾種，其中電磁 型和電動型對諧波不敏感，但磁電型和感應(yīng)型受諧波影響較大，特別是電能表， 由于多采用感應(yīng)型，在諧波較大時會產(chǎn)生電能計(jì)量的混亂。（4）對其它系統(tǒng)的干擾民用建筑中的弱電系統(tǒng)較多，如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電話系統(tǒng)、有線電視傳輸 系統(tǒng)、樓宇自