摘要：近年来，随着我国经济的快速发展，电网中非线性负荷用户的比例不断提高，由此而产生的供电电能质量严重下降。特别是冶金工业、化学工业及电气化铁路的发展，电力系统中的非线性负荷及冲击性负荷日趋增加，对电网电能质量的“污染”加剧，使电网的非线性（谐波）、非对称性(负序)和波动性日趋严重。已引发电网不少异常和事故，治理好谐波，不仅能降低电能损耗，而且能延长设备使用寿命，改善电磁环境，提高产品的品质。
关键词：电能质量，非线性，谐波治理
一、谐波的基本特性和测量分析
（一）谐波基本特性。
谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率是基波频率的整数倍数。理论上看，非线性负荷是电网谐波的主要产生因素。非线性负荷吸收电流和外加端电压为非线性关系，这类负荷的电流不是正弦波，且引起电压波形畸变。周期性的畸变波形经过傅立叶级数分解后，那些大于基频的分量被称作谐波。
非线性负荷除了产生基频整次谐波外，还可能产生低于基频的次谐波，或高于基波的非整数倍谐波。电力系统中出现系统短路、开路等事故，而导致系统进入暂态过程引起的谐波，将不归属谐波治理的范畴。
要治理谐波改善供电品质，需要了解谐波类型。谐波按其性质和波动的快慢可分成四类：准稳态谐波、波动谐波、快速变化的谐波和间谐波四类。因其多样性和随机性，在实际工作中，要精确评估谐波量值非常困难，所以在IEC6100-4-7标准中对前三类谐波进行了规定，推荐采用数理统计的方法对谐波进行测量。兼顾数理统计和数据压缩的需要，标准对测量时段以及通过测量值计算谐波值提出了建议。
国标GB/T14549-1993采用观察期3s有效测量的各次谐波均方根值的95%概率作为评价谐波的标准。为简便实用，将实测值按由大到小的方式排序，在舍去前5%个大值后剩余的最大值，近似作为95%的概率值。
（二）谐波的测量及分析。
国标规定谐波测量时的运行方式为：电网正常供电时可能出现的最小运行方式，且应在谐波源工作周期中产生的谐波量最大的时段内进行谐波电压、电流的测试。当测量点附近安装有电容器组时，应在电容器组的各种运行方式下进行测量。测量的谐波次数一般为2-25次，根据谐波源的特点或测试分析结果做相应调整。谐波电流允许值的计算与三个参数有关：最小短路容量SK1、供用电设备容量St及协议容量Si。其中最小短路容量指的是正常最小运行方式下的短路容量；协议容量不包括起替换作用的冷备用容量；供用电设备容量和最小短路容量下的供电方式相对应。公用电网谐波GB/T14549-1993中规定：对于负荷变化快的谐波源，测量的间隔时间不大于2min，每次测量结果可为3s内所测值的平均值，测量次数一般不少于30次；对于慢变化谐波源测量的间隔及持续时间不作规定。目前，电能质量监测仪都采用连续有缝的监测方式，即：测量的间隔时间大于3秒，一般为1至15分钟。可进行如下测量：电压偏差、频率偏差、谐波、电压波动、闪变、三相不平衡度、电压波动和闪变、电压骤升、骤降、中断等。
在实际测量工作中，通常采用谐波测试仪来监测和分析谐波。一般来说，将用户接入公用电网的公共连接点作为谐波监测点，测量该点的电压和注入公共电网的电流后，通过对电压和电流的分析，取得谐波测量资料。
相对单点的谐波测量而言，从区域或整个电网角度来看，谐波源的定位和确定谐波模型进而分析它是一个相对复杂的过程。谐波源定位，一般采用功率方向法和瞬时负荷参数分割法。而谐波模型分析的方法一般有三种：非线性时域仿真、非线性和线性频率分析。三种方法的相同点是对电网作适当的线性化处理，只是在处理非线性设备时采取了不同的模拟方式。
在取得谐波测试结果后进行分析，选择测量时段内各相实测量值的95%概率值中最大的一相值，作为判断谐波是否超过允许值的依据；根据公用电网谐波电压（相电压）限值表判断谐波电压是否超标；根据公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流允许值判断谐波电流是否超标。
二、电网中的谐波源
严格意义上讲，电力网络的每个环节，包括发电、输电、配电、用电都可能产生谐波，其中产生谐波最多位于用电环节上。
发电环节。
发电机是由三相绕组组成的，理论上讲，发电机三相绕组必须完全对称，发电机内的铁心也必须完全均匀一致，才不致造成谐波的产生，但受工艺、环境以及制作技术等方面的限制，发电机总会产生少量的谐波。
输、配电环节。
输电和配电系统中存在大量的电力变压器。因变压器内铁心饱和，磁化曲线的非线特性以及额定工作磁密位于磁化曲线近饱和段上等诸多因素，致使磁化电流呈尖顶形，内含大量奇次谐波。变压器铁心饱和度越高，其工作点偏离线性就越远，产生的谐波电流就越大，严重时三次谐波电流可达额定电流的5%。
用电环节。
用电环节谐波源更多，晶闸管式整流设备、变频装置、充气电光源以及家用电器，都能产生一定量的谐波。
晶闸管整流技术在电力机车、充电装置、开关电源等很多方面被普遍采用。它采用移相原理，从电网吸收的是半周正弦波，而留给电网剩下的半周正弦波，这种半周正弦波分解后能产生大量的谐波。有统计表明，整流设备所产生的谐波占整个谐波的近40%，是最大的谐波源。
变频原理常用于水泵、风机等设备中，变频一般分为两类：交-直-交变频器和交-交变频器。前者将380V50Hz工频电源经三相桥式可控硅整流，变成直流电压信号，滤波后由大功率晶体开关元件逆变成可变频率的交流信号。后者将固定频率的交流电直接转换成相数一致但频率可调的交流电。两者均采用相位控制技术，所以在变换后会产生含复杂成分(整次或分次)的谐波。因变频装置一般具有较大功率，所以也会对电网造成严重的谐波污染。
充气电光源和家用电器更是常见的谐波源，如荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯应用气体放电原理发光，其伏安特性具有明显的非线性特征。计算机、电视机、录像机、调光灯具、调温炊具、微波炉等家用电器，因内置调压整流元件，会对电网产生高次奇谐波；电风扇、洗衣机、空调器含小功率电动机，也会产生一定量的谐波。这类设备功率虽小，但数量多，也是电网谐波源中不可忽视的因素。
电网谐波的分析与治理
所属栏目：电力论文 发布日期：2011-04-11 08:09 热度：
文章标题：电网谐波的分析与治理
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