论谐波治理与节能

论谐波的治理与节能

摘要：随着电子电力技术的发展，电网中谐波分量占的比重越来越大，谐波问题日益严重。文中简要介绍了谐波的危害、治理措施以及对节能的意义。

关键词：电网；谐波；治理；节电

随着科学技术的发展，随着工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。它不仅增加了电网的供电损耗，而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行，造成了这些装置的误动与拒动，直接威胁电网的安全运行。因此，对谐波的研究以及如何进行综合治理，已成为一个具有重要现实意义的研究课题。 一 谐波的定义及产生

电力系统中除基波（50 h z）外，任何周期性讯号皆称为谐波。谐波分为整数谐波和非整数谐波，整数谐波又分为偶次谐波（如2、4、6……次谐波）和奇次谐波（如3、5、7……次谐波）。小于1的谐波叫做次级谐波。谐波用电压畸变率thdu和电流畸变率thd1描述，它们分别表示由于谐波而造成的电压失真程度和电流失真程度。在供电系统中，产生谐波的根本原因是由于给具有非线性阻抗特性的电气设备（又称为非线性负荷）供电的结果。这些非线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压、电流波形畸变，使电力质量变坏。因此，谐波是电力质量的重要指标之一。 二 谐波的危害

1、影响供电系统的稳定运行：供配电系统中的电力线路与电力变压器，一般采用电磁继电器，感应式继电器或新式微机保护进行检测保护，在系统中这些属于敏感元件，继电器受到高次谐波的影响容易产生误动作，微机保护由于采用了整流采样电路，也及易受到谐波的影响导致误动或拒动，这样谐波严重威胁供电系统的稳定与安全运行。

影响电网的质量：高次谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变，另外相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率和无功功率，从而降低电网电压，增加电路损耗，浪费电网容量。 2、影响供电系统的无功补偿设备：供电系统变电站均有无功补偿设备，当谐波注入电网时容易造成高压电容过电流和过负荷，使电容异常发热：另外谐波的存在还会加快电容器绝缘介质的老化，缩短电容的使用寿命。

3、影响电力变压器的使用：谐波的存在会使电力变压器的铜损和铁损增加，直接影响变压器的使用效率；还会造成变压器噪声增加，缩短变压器的使用寿命。

4、影响用电设备：谐波的存在会造成异步电机电动机效率下降，噪声增大；使低压开关设备产生误动作；对工业企业自动化的正常通讯造成干扰，影响电力电子计量设备的准确性。 三 谐波的评价方法

2.本表引自上海市地方标准《公共建筑电磁兼容设计规范》dg/tj08—1104—2005。

3.表中h为谐波次数，uh为h次谐波电压，thdu为电压畸变率。 表中，thdu、thdi分别为电压畸变率和电流畸变率。 由表1可知，thdu不大于5%，属于正常情况，谐波影响甚微，一般不会对电网和用户产生不良的影响，此时谐波骚扰等级为一级。当thdu在5%～8%，谐波影响变得明显，会对电网和用户产生不良的影响，尤其是对敏感设备影响更为严重，此时谐波骚扰等级为二级。当thdu在8%～10%时，谐波影响较为严重，会对电网和用户产生较严重的影响，有时会产生意想不到的严重后果，此时谐波骚扰等级为三级。thdu大于10%，谐波影响非常严重，应该加以治理，此时谐波骚扰等级为四级。

用谐波电流来评价谐波骚扰等级，可参考表2。 四 电网的谐波限值

对于用户而言，用户配电系统向公共电网注人的谐波应符合国家有关规定。换言之，用户的用电设备不能“污染”公共电网。电力系统公共连接点（电源侧）的谐波电压（相电压）限制应符合表3的要求。

注：本表取自《电能质量 公共电网谐波》gb/t1459—93。 电力系统公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量（均方根）不应超过表4规定的允许值。

2.本表取自《电能质量 公共电网谐波》gb/t 14549—93。 五 谐波的治理

常见的谐波治理方法如下：

1、无源滤波装置

无源滤波装置是常用的谐波治理方法之一，该方法是在电容器回路中接入电抗器而达到滤波的目的。常用的无源滤波装置有串联调谐滤波器、双带通滤波器、阻尼滤波器等形式，适用于谐波比较稳定、集中的负荷。

为了避免发生局部谐振，应使实际调谐频率小于理论调谐频率，同时还应考虑一定裕度，防止电容器长期使用后介质材料老化，从而导致电容值下降，引起谐振频率的升高。 2、有源滤波器

有源滤波器首先检测到电力系统的谐波电流，然后实时向系统中注入大小相等、方向相反的谐波，最终“中和”电力系统中的谐波。工程中较为常用的有源滤波器是并联有源滤波器，此外还有串联有源滤波器、串并联复合型有源滤波器。

有源滤波器应根据预期谐波电流的大小选择其容量，即有源滤波器的额定电流应大于需补偿回路的预期谐波电流。

有源滤波器可装设在低压配电系统无功补偿柜之后（进线柜为前，出线柜为后），检测电流信号的电流互感器应装设在负荷侧，电流互感器应为0.5级/400 hz。参见图1。 图1 有源滤波器用于低压配电系统中的示例

（本图为某实际工程案例，有些图形符号为老标准，在此仅说明有源滤波器的用法） 3、其他措施

1）.无源有源复合滤波吸收装置

该装置由无源滤波器和有源滤波器组合而成，由无源滤波器吸收一个或数个功率较大且稳定的特定频率的谐波，再由有源滤波器消除其余谐波。因此，这种复合式的滤波器兼有无源滤波器和有源滤波器的优点。 2）.静止无功发生器

无功功率变化较大且谐波严重的系统中宜采用静止无功发生器，在进行功率因数补偿的同时，也能实现对谐波的抑制。 六 结语

通过实验分析表明，电网谐波的综合治理对提高电能质量，补偿无功提高功率因素，降低设备故障起到积极作用，节电率达10%～30%，谐波滤除率为70%～80%，同时避免因谐波造成的交流电波形畸变而造成电网计量具不准而被当地供电部门罚款，经济和社会环保效益明显

环境保护已成为全人类的共识，对电力系统谐波污染的治理已成为电工学科技术界所必须解决的问题。谐波研究的意义还在于对电能质量这一概念的理解，在保证供电可靠性的同时，提供高质量的电能，滤除谐波，净化电网。 参考文献

李炳华，宋镇江《建筑电气节能技术及设计指南》[m]北京：中国建筑工业出版社，2011。