探討諧波的產生、危害及如何抑制諧波

黃劍文（清遠市清新區太和供水有限公司, 廣東 清遠 511800）

探討諧波的產生、危害及如何抑制諧波

黃劍文
（清遠市清新區太和供水有限公司, 廣東 清遠 511800）

摘 要：隨著國內經濟的快速發展以及工業化進程的加快，廣泛使用電力電子器件、變頻調速裝置和微電子技術元件等很多的非線性用電設備，把電力體系的供電質量降低了。電流中所含有的頻率為基波的整數倍的電量就是諧波，所以，諧波的產生以及危害性非常有必要對其實施定性分析，讓其深刻了解，揚棄并舉，同時在抑制諧波危害的時候，充足施展其有利方面。

關鍵詞：諧波;危害;濾波器

0 引言

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

1 諧波的產生

（1）諧波產生的原因分析。因為電源自身電動勢的偏移與非線性負載造成的是諧波產生的根本原因。當流經負載的電流時，電壓和所加的不呈線性關系，電流就變化成非正弦，這樣諧波就產生了。基波式分量為I/Τ的頻率，整倍數的基波頻率是諧波頻率，依據傅立葉解析道理分析，全部重復的波形能夠分解為內藏有基波頻率以及一連串的基波倍數的諧波正弦波分量。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時的基波，為100HZ的2次諧波，諧波150Hz則是3次。在三相系統平衡中，諧波由于是對稱性關系，諧波已經沒有了偶次，諧波只有奇次。對于整流負載的三相，6n±1次諧波是出現的諧波電流，像5、7，11、13、17、19等。（2）產生諧波源的主要設備。在日常生產活動中產生諧波的主要設備有：變速傳動傳動裝置如變頻器、晶閘管控制設備、固定式換流器如UPS、電弧爐、中頻爐電影、電弧機、大型建筑物的照明設備、飽和電抗器等。

2 由諧波所引起的危害

（1）危害電力電網的因素：進入電網的諧波電流后，引發電網的電壓變形，讓電能質量變差與揮霍電網的容量。（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，造成電容器在運作中產生的部分放電不能熄滅，而這一般是電容器損壞的一個非常主要的因素。 當非正弦的是電容器的端電壓時，電容器介質中出現的附加有功損耗就是出現的額外發熱，電容器的運行溫度讓這些熱量升高了。當畸變的電壓波形時，在介質中誘導出現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度，絕緣介質的老化速度就更加加劇了，降低了電容器的運用時間也，間接大大的縮短了電動機、變壓器等電力設備的運用壽命，供電的可靠性降低了，很容易給生產經過導致嚴重后果。（3）危害電力變壓器的原因 ：在供電變壓器三相四線中，諧波代數疊加的是三次整數倍的，變壓器感應到一次側，造成線圈太熱，同時讓中線電流太大，發熱，甚至燒壞。在電機運行經過中，讓交流電壓波形嚴重失真的是諧波，電機燒壞。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，諧波讓電壓的波形變得非常的差，磁滯損耗就更大。（4）危害弱電體系設備的因素：經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出現干擾電壓，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，電話鈴響會觸發，甚至在一些嚴重的狀況下，還會威脅通信設備和人員的安全。

3 怎樣抑制諧波

3.1 諧波的波源減少

（1）經過把整流器脈動數增加，因為在電路中整流器廣泛使用，它也是諧波關鍵來源之一，n=Kp±1是它的特點頻譜，所以便能知正比關系的是p與n，一個加大另外的一個也會跟著加大。而In≈I1/n，因此會減少諧波電流，也就把諧波減少了。（2）使用脈寬調制辦法。運用PWM，在頻率所設定的周期內，把電流電壓調成等幅但不等寬的一連串交流輸出電壓脈沖這樣來達到抑制諧波。（3）連線方式在三相整流變壓器處使用Y-d（Y/△）或運用D、Y（△/Y）。能夠有效清除三的倍數次諧波，這也是最常運用抑制諧波的方法。想要加大體系里的短路容量就要運用上面的辦法，有效的把供電電壓等級提升，并變流裝置增加脈動數，同時三相負荷平衡盡量保持，避免每一類電磁體系飽和，避讓體系諧振點。

3.2 經過在諧波源處吸收諧波

在諧波源處吸收諧波電流運用電力濾波設備，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。關鍵安裝在設備交流側的是無源濾波器，像LC回路頻率和電路中諧波電流頻率一樣時，就可以防止流入電網。所以，有效抑制諧波與完善波形主動辦法的是設置交流濾波器，同時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、逆變器等非線性負荷，由于其自身能夠表示為出現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：注入電網的諧波電流的是IS；

諧波電流為In；

諧波電壓為VB；

電網阻抗為ZS；

電網負載阻抗為ZL。

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

4 結語

中國深入開展的電能質量治理工作，諧波污染要消除，使用有力的抑制諧波的辦法，把諧波侵入電網減小，從而真正把因為諧波污染帶來的巨大經濟損失減少。有效解決諧波問題，意味著國內電力建設有了全新跨越性進步，是中國將來科技進步和電力發展的優秀開端。

參考文獻：

[1]郎文川.供電系統諧波的產生、危害及其防護對策[J].高電壓技術，2002(06).

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