[摘 要] 谐波是一系列频率为基波频率整数倍的电流或电压正弦波。对交流配电系统来说，谐波将引起线路和变压器的有效电流(RMS)增加，导致线路和变压器过热，会引起系统电压失真，“平顶”现象的出现，通过分析谐波产生的原因，正确采用降低配电系统谐波的措施，对于提高供电系统的电能质量，在绿色、环保、节能的今天，有着十分重要的现实意义。

　　[关键词] 谐波 波形畸变 电压失真 措施

　　随着经济建设的不断发展，科学技术水平的不断提高，大量新型电子设备、器件的出现。对于供电系统的电能质量的要求，在强调绿色、环保、节能的今天就显得愈发重要。而对千千万万的用户通过公共连接点向供电系统注入谐波电流的防治和研究就有着十分重要的现实意义，应引起广大电力工作者的高度重视。 谐波的定义 任何重复周期性波形都可以分解成一系列不同频率和相位的正弦波，我们将频率与工频(我国为50HZ)相同的分量作为基波，其频率为基频。其它次数的正弦波分量作为谐波，它们的频率具有与基频成整数倍关系。在三相平衡的供电系统中，周期性波形以横坐标上下均匀分布，谐波频率是基波的奇数倍，对于矩形波或准矩形波的波形来说，各次波形的幅值大小与其谐波次数成反比，即频率越高，幅值越低。在通常情况下，电力系统都是三相交流电，电压波形是标准的正弦波。但是，在某些负荷状态下，会引起电压波形畸变，从而产生谐波。 谐波产生的原因 供电系统都要带一定的负荷，而对负荷来讲，通常根据其所加电压与其流经电流的相位关系，分为：阻性负荷(电流与电压同相位)、容性负荷(电流超前电压)、感性负荷(电流滞后电压)。但绝大部分的供电线路，都不是单一的一种负荷，而是多种负荷的叠加。即这些负荷产生的电流波形不是标准的正弦波波形。我们把这些负荷通称为非线性负荷。常见的非线性负荷有：进线电抗器、整流器、交直流传动装置、电池充电器、电化学整流器、交流变频调速装置和UPS系统等输入电路。对波形的畸变程度通常用总谐波畸变率(THD)来表示。即周期性交流量中谐波含量的方均根值与基波分量的方均根值之比(用百分数表示)。电压总谐波畸变率THD公式表示：

　　式中 Uh——第h次谐波电压(方均根值);

　　U1--基波电压(方均根值)。

　　三、输入侧谐波电流的影响 输入谐波电流会引起该电流有效分量的增加。这对于常用的三相四线制中性线接地系统来讲，连接的单相负荷会引起谐波电流，从而导致配电盘中性点和变压器星形连接点之间的总中性线电流可能比预期的电流高的多，因此，为了供电线路的安全有必要加大中性线的截面规格; 输入谐波电流会引起输入电压波形的畸变(通常称之为电压“平顶”)。这种情况在变压器的次级输出端就已比较明显，随着配电线路的延伸，阻抗加大，使得情况变得更糟。 配电系统电压失真的影响 任何依赖于峰值电压正确程度才能正常运行的负荷将受到影响。比如，利用单相电源的计算机和其它低功率的家用电器等。 这种电压失真会增加电动机和其它电磁装置的损耗，比如功率因素校正电容器的阻抗也会随频率的增加而减少，失真电压包含基频倍数的谐波，电容器电流要比预期的高得多，从而可能使电容器过载，导致过热和损坏。 在配电系统中，由于系统电抗和系统电容的存在，电抗和电容的相互作用可能会出现意想不到的谐振现象。一旦谐振频率接近系统电压谐波频率，则会出现谐振，这就将引起该频率的电流分量和电压分量失真增加，而造成电容器和配电系统的过载。 谐波抑制的规范要求 在电网连接点的谐波电压可能是一个或多个谐波源的谐波电流在电网阻抗上产生的，因此要控制电网的谐波电压，必须限制每个谐波源注入电网连接点的各次谐波电流。对于电力系统中的公共连接点(PCC)的全部用户向该点注入的谐波电流分量(方均根值)不应超过表1的规定。当公共连接点的最小短路容量与基准容量不同时，谐波电流允许值应进行换算。同一公共连接点的每个用户，向电网注入谐波电流允许值，宜按此用户在该点的协议容量与其公共连接点的供电设备容量之比进行分配。公共连接点的谐波电压值不超过表2的规定。

　　公共连接点的谐波电流允许值 (表1)

　　标称

　　电压

　　KV 基准

　　短路

　　容量

　　MVA 谐波次数及谐波电流允许值(A)

　　17 0.38 10 78 62 39 62 26 44 19 21 16 28 13 24 11 12 9.7 18 6 100 43 34 21 34 14 24 11 11 8.5 16 7.1 13 6.1 6.8 5.3 10 10 100 26 20 13 20 8.5 15 6.4 6.8 5.1 9.3 4.3 7.9 3.7 4.1 3.2 6.0

　　公共连接点的谐波电压允许值 (表2)

　　电网标称电压(KV)

　　电压总谐波畸变率(%) 各次谐波电压含有率(%) 奇次 偶数 0.38 5.0 4.0 2.0 6

　　4.0

　　3.2

　　1.6 10 降低配电系统谐波的措施 谐波对电网和用户都产生比较大的影响，谐波问题是关系电网供电质量的一个重要问题，它不但与供电企业有关，而且还与广大电力用户密切相关。谐波的抑制可以采用变电所集中治理和非线性用电设备分散治理两种方式，按照谁污染谁治理的原则，首先应在非线性用电设备处分散治理：对于节能灯、电脑等民用设备，则进行集中治理。常用的措施：

　　1、改变非线性负荷接入电网的接入点 。因高压电网的短路容量大，有承担较大谐波的能力，所以可把谐波产生容量大的设备接入电网高一级电压的母线，相当于增加了非线性负荷到对谐波敏感负荷之处的电气距离。

　　2、确保较低的设备及线路阻抗。宜采用低阻抗的变压器，在输配电线路的尺寸规格选择和安装方面使线路阻抗尽可能小。这样一来同样的谐波在整个线路阻抗上产生的电压降相对较小，从而，电压波形的THD也就维持在较低的水平上。通常宜选用D，yn11接线组别的配电变压器。

　　3、分散安装产生谐波的负载。比如不要将所有的电源转换装置都连接在一个配电柜(盘)上。通过将线性负载和非线性负载混合安装，每个配电柜(盘)上的电压失真都会相应降低。虽然电源侧总的THD不一定减小，但通过非线性负载分散连接，每个配电柜(盘)上的电压失真将相应降低。

　　4、确保所有的整流装置都配有轭流线圈。对整流装置安装合适的轭流线圈，这样输入电流波形将变成准矩形波。特别指出的是有许多进口的交流传动装置，多数没有安装标准的轭流线圈，它们产生的谐波是很高的。轭流线圈可以安装在直流侧，也可安装在交流侧，这种轭流线圈的电抗应控制在3%～5%之间。

　　5、安装滤波电路。谐波滤波电路是由一组LC(电感-电容)电路组成，通过调节LC电路在相对影响较大的谐波频率时产生谐振，从而有效地消除电源母线上相应次数的谐波。为使谐振造成的陡峰得到充分的抑制而不至于滤波电路元件过载，必须小心选择网络的“Q”因子，一般情况下5次和7次谐波就足够了。而且滤波电路也会吸收系统中非线性负载引起的谐波。

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