供電網(wǎng)絡(luò)的諧波污染與諧波抑制

供電網(wǎng)絡(luò)的諧波污染與諧波抑制摘要：分析了供電系統(tǒng)中諧波污染的產(chǎn)生以及對供電系統(tǒng)的危害，介紹了各種解決諧波污染的手段及所使用的設(shè)備，以保證供電網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：基波；諧波；諧波標準；無源濾波器；動能諧波器1諧波的產(chǎn)生

在供配電系統(tǒng)中的高次諧波主要產(chǎn)生于非線性負荷用電設(shè)備，如變流裝置及電弧爐等；在低壓電網(wǎng)的諧波污染，主要來源是功率電子設(shè)備，如驅(qū)動器、UPS、焊接器、計算機、打印機等。通常設(shè)備里的半導(dǎo)體開關(guān)只會在基波周期的某段時間通電，這使設(shè)備具有剩電、動態(tài)特性和靈活控制等優(yōu)點，從而產(chǎn)生較大畸變的不連續(xù)電流。以下列舉一些典型負載引起的諧波畸變。配備平滑電容器的單相整流器電路布置如圖1（a）所示，可在單相負載中應(yīng)用。從電源取用的電流值會在一周期的某段時間突然上升或下降，電壓與電流波形見圖1（b）。

這種電流波波形包含含了很多多奇次諧諧波，奇奇次諧波波的幅值值可能會會高于基基波電流流分量。該該電路布布局的廣廣泛應(yīng)用用，將導(dǎo)導(dǎo)致過多多的諧波波電流流流入供電電系統(tǒng)。六六脈波橋橋以三相相功率為為主的設(shè)設(shè)備通常常采用六六脈波橋橋，例如如驅(qū)動裝裝置和UUPS，六六脈波橋橋的直流流側(cè)，可可連接平平滑電抗抗器、平平滑電容容器或以以上兩者者。所用用的開關(guān)關(guān)可以是是可控的的（可控控硅等）或或不可控控的（二二極管），視視所用設(shè)設(shè)備確定定。連接接平滑電電抗器的的二極管管橋的電電路布局局如圖22（a），電電流波形形如圖22（b）。

連接平滑電電容器的的二極管管橋的電電路布局局如圖33（a），電電流波形形如圖33（b）。

事事實上，對對于六脈脈波變流流器而言言，在理理想條件件下即：：

（aa）電源源為理想想的正弦弦波、并并三相對對稱；

（bb）直流流側(cè)電抗抗足夠大大，直流流電流無無紋波；；

（cc）交流流側(cè)電抗抗為零。

對于如圖44（a）而而言，交交流電流流波形可可分解為為一系列列諧波電電流分量量

對于如如圖4（bb）而言言，交流流電流波波形可分分解為一一系列諧諧波電流流分量

由由上式可可見，注注入系統(tǒng)統(tǒng)的諧波波是kpp±1次次。

通通常，一一個連接接著很大大的平滑滑電抗器器的六脈脈波橋，所所產(chǎn)生的的諧波電電流值大大約為

其其中：IIn————n次諧諧波電流流幅值；；I1—基波波電流幅幅值；NN————諧波次次數(shù)

2諧波標標準

目前大大多數(shù)現(xiàn)現(xiàn)代電力力設(shè)備是是諧波電電流的來來源。這這些電流流進入供供電系統(tǒng)統(tǒng)后將造造成電壓壓諧波，這這將影響響到連接接在同一一母線的的其他負負荷或連連接同一一電源的的臨近裝裝置。因因此，國國家規(guī)定定諧波造造成電網(wǎng)網(wǎng)電壓波波形畸變變率極限限和用戶戶注入電電網(wǎng)的諧諧波電流流允許值值應(yīng)滿足足國家標標準。

當(dāng)當(dāng)電網(wǎng)公公共點的的最小短短路容量量異于表表中基準準短路容容量時，按按下式修修正表22中的諧諧波電流流允許值值

式中Sk11————公共連連接點的的最小短短路容量量，MVVA；

Sk2————基準準短路容容量，MMVA；；

Innp————表22中第nn次諧波波電流允允許值，AA；

IIn————短路容容量為SSk1時的的第n次次諧波電電流允許許值，AA。

3諧波的的限制

由于于電網(wǎng)所所帶的很很多種類類的負載載會把諧諧波電流流帶入電電源，而而這些電電流會使使供電電電壓畸變變，同時時增加了了畸變波波形的有有效值和和峰值。有有效值的的增加會會使電力力設(shè)備過過熱導(dǎo)致致發(fā)、配配電設(shè)備備及用電電設(shè)備效效率降低低，影響響繼電自自動裝置置動作的的準確性性，電子子通信設(shè)設(shè)備亦將將受到干干擾。為為抑制諧諧波的產(chǎn)產(chǎn)生，可可采用很很多方法法。對裝置置作出結(jié)結(jié)構(gòu)上的的改造，例例如采用用12脈脈波變流流器取代代6脈波波變流器器，因為為12脈脈波變流流器產(chǎn)生生的諧波波電流次次數(shù)是111、113、223、224…，而而每一諧諧波分量量的幅值值是：

可可見這比比6脈波波變流器器有很大大改變。

當(dāng)諧波值較高時，可使用諧波濾波器。在中壓以上供電系統(tǒng)中，目前常采用無源濾波器，無源濾波器大致分為以下六種，如圖5所示。

單調(diào)諧濾波波器通頻頻帶窄，濾濾波效果果好，損損耗小，調(diào)調(diào)諧容易易，是使使用最多多的一種種類型；；雙調(diào)諧諧濾波器器可代替替兩個單單調(diào)諧濾濾波器，只只有一個個電抗器器（L11）承受受全部沖沖擊電壓壓，但接接線復(fù)雜雜，調(diào)諧諧困難，僅僅在超高高壓系統(tǒng)統(tǒng)中使用用。

一階高通濾濾波器因因基波損損耗大，一一般不采采用；二二階高通通濾波器器通頻帶帶很寬，濾濾波效果果好，但但損耗比比單調(diào)諧諧大，通通常用于于較高次次諧波；；三階高高通濾波波器電容容器利用用率較高高，基波波損耗小小，但濾濾波效果果不如二二階高通通濾波器器，一般般用于電電弧爐濾濾波；“CC”式高高通濾波波器濾波波性能處處于二階階和三階階高通濾濾波器之之間，RR的基波波損耗最最小。用用于電弧弧爐濾波波，對二二次諧波波特別有有效。

在在6000V以下下的供電電系統(tǒng)中中，目前前較多使使用動能能濾波器器。動能能濾波器器的原理理與無源源濾波器器是不同同的，無無源濾波波器是不不可控制制的且濾濾波作用用是基于于阻抗的的特性。在在動能濾濾波器中中，則測測量諧波波電流，然然后制造造一個與與該諧波波電流相相反的諧諧波電流流頻譜與與原諧波波電流相相抵消。

筆者在進行一大型銅冶煉廠銅電解系統(tǒng)設(shè)計時，由于銅電解整流器采用了六脈波可控硅整流橋進行電流逆變，將交流電整流成直流電流對電解槽供電。在生產(chǎn)過程中將產(chǎn)生較高的5次、7