諧波定義

1.諧波的定義供電系統中諧波的定義是用傅里葉級數分解周期性的非正弦電，不僅得到與電網(wǎng)基頻相同的分量，而且得到一系列大于電網(wǎng)基頻的分量，稱(chēng)為諧波。諧波頻率與基頻之比(n=fn/f1)稱(chēng)為諧波頻率。電網(wǎng)中有時(shí)存在非整數次諧波，稱(chēng)為非諧波或分數次諧波。諧波實(shí)際上是一種干擾，使電網(wǎng)“被污染”。電氣技術(shù)領(lǐng)域主要研究諧波的產(chǎn)生、傳輸、測量、危害和抑制，其頻率范圍一般為2n40。

二是諧波源向公共電網(wǎng)注入諧波電流或在公共電網(wǎng)上產(chǎn)生諧波電壓。具有非線(xiàn)性特性的電氣設備是主要的諧波源，如帶有電力電子器件的換流設備、交流控制器、電弧爐、感應爐、熒光燈、干式變壓器等。中工業(yè)企業(yè)也在使用越來(lái)越多的產(chǎn)生諧波的電氣設備，如晶閘管電路供電的DC提升機、交交變頻裝置、軋機DC傳動(dòng)裝置、晶閘管串級調速的風(fēng)機水泵、冶煉電弧爐等。這些設備獲取的電流是非正弦的，其諧波分量會(huì )使系統的正弦電壓失真。諧波電流的大小取決于諧波源設備的特性和工作條件，而與電網(wǎng)參數無(wú)關(guān)，可以視為恒流源。各種晶閘管電路產(chǎn)生的諧波頻率與其電路形式有關(guān)，稱(chēng)為電路的特征諧波。對稱(chēng)三相變流器電路的特征諧波頻率為：……(正整數)，其中p為一個(gè)電網(wǎng)周期內的脈沖觸發(fā)頻率(或脈沖頻率)。除了特征諧波外，上述電路在三相電壓不平衡、觸發(fā)脈沖不對稱(chēng)或工作條件不穩定的情況下也會(huì )產(chǎn)生非特征諧波。較顯著(zhù)的諧波分析計算是特征諧波，如5、7、11、13次。對于P脈沖變換器電路，假設DC側電流完全平滑，電網(wǎng)側N次諧波電流與基波電流之比為：換向重疊角。估計是可取的。如果DC側的電流紋波較大，則5次諧波的幅度將增加，而其他諧波的幅度將減小。當多個(gè)諧波源接入電網(wǎng)時(shí)，每個(gè)諧波源的相同諧波電流分量之和將小于每個(gè)分量的算術(shù)和。干式變壓器的勵磁電流包含三階、五階和七階諧波分量。因為干式變壓器的一次和二次繞組中的一個(gè)總是有角連接，這為三次諧波提供了路徑，所以三次諧波電流不會(huì )流入電網(wǎng)。但當各相勵磁電流不平衡時(shí)，三次諧波的殘余分量(高達20)可以進(jìn)入電網(wǎng)。

三、諧波傳輸對于多電壓電網(wǎng)，其諧波阻抗的特點(diǎn)是Zn(高壓側)和Zn(低壓側)。諧波電流從低壓側流向高壓側，其大小基本與高壓側的參數無(wú)關(guān)，可視為恒流源。諧波電壓從高壓側傳遞到低壓側，可視為恒壓源。在諧波分析中，電網(wǎng)的諧波等效電路就是根據這個(gè)原理構造的。1.電網(wǎng)部件的頻率特性在諧波頻率范圍內。由于渦流和漏磁場(chǎng)的存在，電網(wǎng)元件的諧波參數應考慮長(cháng)線(xiàn)效應，即干式變壓器和導體的等效電阻r隨著(zhù)頻率的增加而增加，而等效電感l隨著(zhù)頻率的增加而減小。電纜、電線(xiàn)、電容器的電容c基本上不隨頻率的變化而恒定。負載阻抗和頻率之間的關(guān)系因負載不同而不同(見(jiàn)圖1:負載有功電導頻率關(guān)系圖)。簡(jiǎn)化電機負載分析時(shí)，只能考慮漏電感。電機漏電感Lsn的頻率特性與干式變壓器相似。2.電網(wǎng)等效電路電網(wǎng)可以由電網(wǎng)各元件的諧波參數Rn、Ln、Cn組成。三相對稱(chēng)電網(wǎng)的等效電路圖通常用單相表示(見(jiàn)圖2:電網(wǎng)及其等效電路和阻抗矢量軌跡圖)。根據等效電路，計算各頻率下的節點(diǎn)導納矩陣Yn，計算阻抗Zn=，計算諧波電壓Un=ZnIn。電網(wǎng)在某些諧波頻率下會(huì )發(fā)生并聯(lián)諧振，導致諧波電流大幅增加。電網(wǎng)并聯(lián)諧振頻率計算如下：Sk為節點(diǎn)B的短路功率(MVA)；Sc是電網(wǎng)的充電功率(包括并聯(lián)電容器的功率，MVA)。諧振電路的品質(zhì)因數q取決于諧振頻率和電網(wǎng)的負載率。負載率降低，品質(zhì)因數增加。低壓電網(wǎng)的品質(zhì)因數為2~3，高壓公共電網(wǎng)的品質(zhì)因數為2~5，高壓工業(yè)電網(wǎng)的品質(zhì)因數約為10。當低壓電網(wǎng)中沒(méi)有并聯(lián)電容器時(shí)，其諧振頻率一般不在諧波范圍內。四、諧波限制為了使電網(wǎng)的諧波電壓保持在允許值以下，需要限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流量。工業(yè)大多數發(fā)達家相繼制定了電網(wǎng)諧波管理的標準或法規。諧波管理標準的制定是基于電磁兼容的原理，即在一個(gè)常見(jiàn)的電磁環(huán)境中，電氣設備可以正常工作，而不會(huì )過(guò)度干擾這個(gè)環(huán)境(見(jiàn)圖3:電磁兼容)。1993年，我頒布了限制電力系統諧波的家標準《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》，規定了公共電網(wǎng)的諧波電壓限值和用戶(hù)向公共電網(wǎng)注入諧波電流的允許值(見(jiàn)表1和表2)。受諧波影響的電壓或電流正弦波形的失真度用諧波電壓或電流含量率表示：HRVn=(Un/U1)100HRIn=(In/I1)100，其中Un和In為第n次諧波電壓和電流的有效值；U1和I1是基波電壓和電流的有效值。表1公共電網(wǎng)諧波電壓(相電壓)限值、電網(wǎng)千伏電壓標稱(chēng)電壓、總諧波畸變率、各階諧波電壓含量率、奇數偶數0 . 385 . 04 . 02 . 06(10)4 . 03 . 21 . 635(66)3 . 02 . 41 . 02 . 60 . 8表2 56460 . 66666666661 #p#分頁(yè)標題#e#

49.34.14.33.35.92.75.02.32.62.03.81.83.41.6110750129.66.09.64.06.83.03.22.44.32.03.71.71.51.52.81.32.51.2五、諧波危害諧波增加電氣設備的熱損耗，干擾其功能甚至引發(fā)故障。另外諧波可對信息系統產(chǎn)生頻率藕合干擾。1.電動(dòng)機諧波電壓在電動(dòng)機短路阻抗上產(chǎn)生的諧波電流和電動(dòng)機負序基波電流I一起使設備產(chǎn)生附加熱損耗，并且在電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)容易發(fā)展成干擾力矩。諧波電流和負序基波電流有效值之和一般不得大于電動(dòng)機額定電流Ie的5~10，即如果電動(dòng)機不是按額定功率連續運行，可以允許短時(shí)超出上述限值。2.電容器諧波可使電容器過(guò)流發(fā)熱。在畸變電壓下電容器的電流有效值為：有關(guān)規程規定電容器長(cháng)期工作電流不得超過(guò)1.3倍額定電流（Ic=CUn）。位于諧波源附近的電容器或者濾波電容器通常按較高的電流有效值特殊制造。3.電子裝置諧波電壓可使晶閘管觸發(fā)裝置發(fā)生觸發(fā)錯誤，甚至導致設備故障。諧波也會(huì )對電網(wǎng)音頻控制系統和計算機產(chǎn)生不良影響。4.通訊系統在2.5kHz以下導線(xiàn)間電感電容藕合作用隨頻率呈近似線(xiàn)性上升，特別是較高次諧波會(huì )對通訊及信息處理設備產(chǎn)生干擾。

六、諧波測量測量諧波電流使用低感分流器（約L/R）和電子式電鉗，測量諧波電壓使用電阻分壓器或電容式分壓器。諧波測量設備基于快速傅立葉分析原理，由模擬濾波器和模擬（數字）相關(guān)器或者計算機組成。諧波阻抗測量是使用一個(gè)可控式電源向電網(wǎng)注入諧波頻率電流，然后分別測量諧波電壓的幅值和相位（見(jiàn)圖4：諧波注入原理圖）。七、諧波抑制將三相橋式電路的脈動(dòng)數從6提高到12，可消除5，7次諧波。將多個(gè)諧波源接于同一段母線(xiàn)，利用諧波的相互補償作用也可降低電網(wǎng)諧波含量。當諧波量超出規程允許值或者電網(wǎng)在諧波范圍內有諧振時(shí)，通常設置單調諧濾波器吸收特征諧波。對于13次及以上的諧波，可設置一個(gè)高通濾波器。濾波回路也會(huì )吸收電網(wǎng)原有諧波并可能性導致過(guò)負荷。一般通過(guò)調整失諧率，降低品質(zhì)因數或者通過(guò)附加電子裝置控制電流值來(lái)避免過(guò)負荷。電容器可通過(guò)串聯(lián)電抗器形成諧波阻塞回路，以防止電容器諧波過(guò)負荷。一般將串聯(lián)諧振頻率定在250Hz以下。

來(lái)源：中電力諧波監測及濾波工程技術(shù)網(wǎng)