黃劍文（清遠(yuǎn)市清新區(qū)太和供水有限公司, 廣東 清遠(yuǎn) 511800）

探討諧波的產(chǎn)生、危害及如何抑制諧波

黃劍文
（清遠(yuǎn)市清新區(qū)太和供水有限公司, 廣東 清遠(yuǎn) 511800）

摘 要：隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及工業(yè)化進(jìn)程的加快，廣泛使用電力電子器件、變頻調(diào)速裝置和微電子技術(shù)元件等很多的非線性用電設(shè)備，把電力體系的供電質(zhì)量降低了。電流中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的電量就是諧波，所以，諧波的產(chǎn)生以及危害性非常有必要對其實(shí)施定性分析，讓其深刻了解，揚(yáng)棄并舉，同時(shí)在抑制諧波危害的時(shí)候，充足施展其有利方面。

關(guān)鍵詞：諧波;危害;濾波器

0 引言

隨著非線性電力設(shè)備的廣闊使用，諧波問題在電力體系中愈來愈嚴(yán)重，諧波不但把輸配電與用戶電力設(shè)備的正常應(yīng)用影響了，還導(dǎo)致了用戶增加無功功率電費(fèi)的支出，并且也出現(xiàn)了對其它設(shè)備元件的危害。

1 諧波的產(chǎn)生

（1）諧波產(chǎn)生的原因分析。因?yàn)殡娫醋陨黼妱?dòng)勢的偏移與非線性負(fù)載造成的是諧波產(chǎn)生的根本原因。當(dāng)流經(jīng)負(fù)載的電流時(shí)，電壓和所加的不呈線性關(guān)系，電流就變化成非正弦，這樣諧波就產(chǎn)生了?；ㄊ椒至繛镮/Τ的頻率，整倍數(shù)的基波頻率是諧波頻率，依據(jù)傅立葉解析道理分析，全部重復(fù)的波形能夠分解為內(nèi)藏有基波頻率以及一連串的基波倍數(shù)的諧波正弦波分量。諧波能夠分開為偶次和奇次性，奇次諧波的編號為第3、5、7次，而為偶次諧波的是2、4，6、8等，如為50Hz時(shí)的基波，為100HZ的2次諧波，諧波150Hz則是3次。在三相系統(tǒng)平衡中，諧波由于是對稱性關(guān)系，諧波已經(jīng)沒有了偶次，諧波只有奇次。對于整流負(fù)載的三相，6n±1次諧波是出現(xiàn)的諧波電流，像5、7，11、13、17、19等。（2）產(chǎn)生諧波源的主要設(shè)備。在日常生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生諧波的主要設(shè)備有：變速傳動(dòng)傳動(dòng)裝置如變頻器、晶閘管控制設(shè)備、固定式換流器如UPS、電弧爐、中頻爐電影、電弧機(jī)、大型建筑物的照明設(shè)備、飽和電抗器等。

2 由諧波所引起的危害

（1）危害電力電網(wǎng)的因素：進(jìn)入電網(wǎng)的諧波電流后，引發(fā)電網(wǎng)的電壓變形，讓電能質(zhì)量變差與揮霍電網(wǎng)的容量。（2）危害電力電容器的因素：在電容器基波電壓上重疊的諧波電壓，不但把電容器運(yùn)行電壓的有效值增加了，還也許大大的增加峰值電壓，造成電容器在運(yùn)作中產(chǎn)生的部分放電不能熄滅，而這一般是電容器損壞的一個(gè)非常主要的因素。 當(dāng)非正弦的是電容器的端電壓時(shí)，電容器介質(zhì)中出現(xiàn)的附加有功損耗就是出現(xiàn)的額外發(fā)熱，電容器的運(yùn)行溫度讓這些熱量升高了。當(dāng)畸變的電壓波形時(shí)，在介質(zhì)中誘導(dǎo)出現(xiàn)部分放電的是尖頂電壓波，加上電壓的有比較大的變化率，部分放電就有很大的強(qiáng)度，絕緣介質(zhì)的老化速度就更加加劇了，降低了電容器的運(yùn)用時(shí)間也，間接大大的縮短了電動(dòng)機(jī)、變壓器等電力設(shè)備的運(yùn)用壽命，供電的可靠性降低了，很容易給生產(chǎn)經(jīng)過導(dǎo)致嚴(yán)重后果。（3）危害電力變壓器的原因 ：在供電變壓器三相四線中，諧波代數(shù)疊加的是三次整數(shù)倍的，變壓器感應(yīng)到一次側(cè)，造成線圈太熱，同時(shí)讓中線電流太大，發(fā)熱，甚至燒壞。在電機(jī)運(yùn)行經(jīng)過中，讓交流電壓波形嚴(yán)重失真的是諧波，電機(jī)燒壞。變壓器的鐵耗還讓諧波還加大了，鐵心中的磁滯損耗增加是這主要的體現(xiàn)，諧波讓電壓的波形變得非常的差，磁滯損耗就更大。（4）危害弱電體系設(shè)備的因素：經(jīng)過磁場耦合的是電力線路上流過的3、5、7、11等幅值較大的奇次低頻諧波電流，不但在相鄰電力線的通信線路中會(huì)出現(xiàn)干擾電壓，干擾通信體系的工作，通信線路通話的清楚度被影響了，并且在諧波與基波的一起功能下，電話鈴響會(huì)觸發(fā)，甚至在一些嚴(yán)重的狀況下，還會(huì)威脅通信設(shè)備和人員的安全。

3 怎樣抑制諧波

3.1 諧波的波源減少

（1）經(jīng)過把整流器脈動(dòng)數(shù)增加，因?yàn)樵陔娐分姓髌鲝V泛使用，它也是諧波關(guān)鍵來源之一，n=Kp±1是它的特點(diǎn)頻譜，所以便能知正比關(guān)系的是p與n，一個(gè)加大另外的一個(gè)也會(huì)跟著加大。而In≈I1/n，因此會(huì)減少諧波電流，也就把諧波減少了。（2）使用脈寬調(diào)制辦法。運(yùn)用PWM，在頻率所設(shè)定的周期內(nèi)，把電流電壓調(diào)成等幅但不等寬的一連串交流輸出電壓脈沖這樣來達(dá)到抑制諧波。（3）連線方式在三相整流變壓器處使用Y-d（Y/△）或運(yùn)用D、Y（△/Y）。能夠有效清除三的倍數(shù)次諧波，這也是最常運(yùn)用抑制諧波的方法。想要加大體系里的短路容量就要運(yùn)用上面的辦法，有效的把供電電壓等級提升，并變流裝置增加脈動(dòng)數(shù)，同時(shí)三相負(fù)荷平衡盡量保持，避免每一類電磁體系飽和，避讓體系諧振點(diǎn)。

3.2 經(jīng)過在諧波源處吸收諧波

在諧波源處吸收諧波電流運(yùn)用電力濾波設(shè)備，是能夠有效抑制諧波。這裝置又分為有源濾波器與無源濾波器2種。關(guān)鍵安裝在設(shè)備交流側(cè)的是無源濾波器，像LC回路頻率和電路中諧波電流頻率一樣時(shí)，就可以防止流入電網(wǎng)。所以，有效抑制諧波與完善波形主動(dòng)辦法的是設(shè)置交流濾波器，同時(shí)濾波器還可以向體系提供所需的局部或所有無功。

圖1高次諧波等效電路

整流器、逆變器等非線性負(fù)荷，由于其自身能夠表示為出現(xiàn)高次諧波電流的恒流源，故能用圖1來表示高次諧波的等效電路。

流向電網(wǎng)的諧波電流IS與母線的諧波電壓VB能表示為：

IS=InZL/(ZS＋ZL）

VB=ISZS(2)

式中：注入電網(wǎng)的諧波電流的是IS；

諧波電流為In；

諧波電壓為VB；

電網(wǎng)阻抗為ZS；

電網(wǎng)負(fù)載阻抗為ZL。

這式說明，當(dāng)電網(wǎng)阻抗(ZS)必然時(shí)，體系負(fù)載阻抗(ZL)相對減小，就能夠把流向電網(wǎng)的諧波電流與母線的諧波電壓（電壓畸變）減小。

4 結(jié)語

中國深入開展的電能質(zhì)量治理工作，諧波污染要消除，使用有力的抑制諧波的辦法，把諧波侵入電網(wǎng)減小，從而真正把因?yàn)橹C波污染帶來的巨大經(jīng)濟(jì)損失減少。有效解決諧波問題，意味著國內(nèi)電力建設(shè)有了全新跨越性進(jìn)步，是中國將來科技進(jìn)步和電力發(fā)展的優(yōu)秀開端。

參考文獻(xiàn)：

[1]郎文川.供電系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生、危害及其防護(hù)對策[J].高電壓技術(shù)，2002(06).

[2]岳子陽.供電系統(tǒng)中諧波的成因與防護(hù)策略[J].硅谷,2012(03).