什么是高次谐波抑制?

什么是高次谐波抑制?

[拼音]：gaoci xiebo yizhi

[外文]：limitation of high harmonics

抑制电力系统中各种非线性装置、设备产生的损害电能质量的高次谐波的技术措施。

高次谐波源

由于电力电子器件的迅速发展并在电网中大量应用，电力系统中出现了大量的非线性负荷，如高压直流输电的换流装置，工矿企业、电气化铁路的大功率整流、换流和调压设备，电弧冶炼设备，各种家用可控整流电器设备等。这些负荷在正弦波电压作用下，也会产生各种非正弦波的电流。这种电流在网络中流动，将使电力系统的电压波形畸变，即除了正常的工频基波外，还包含有各种高次谐波。这些产生高次谐波电流的电力负荷称为高次谐波源。

高次谐波的危害

电压畸变给电力系统正常运行和电力设备造成的危害主要有以下6点：

（1）使电力电容器以及与之相串联的电抗器过电流、过热，发出异常的声响，甚至于损坏；

（2）使变压器和电机产生附加损耗、局部过热，产生附加力矩而造成振动，发出异常声响；

（3）高次谐波幅值过大会引起继电器、控制电器和计算机误动作；

（4）使 X射线仪器、示波器和电视机的图像变坏；

（5）输电线中的高次谐波电流则会干扰与其邻近的通信，使电磁兼容性问题变得更加突出；

（6）高次谐波还会引起计量仪表计量误差，造成电费收费不合理。因为高次谐波源的用户从电网中吸收的功率是基波，而向电网送出的却是含有高次谐波的畸变功率，迫使正常负荷的用户从电网中吸收这些畸变功率，增加用电损耗，危害用电设备，还要多付电费，而高次谐波源用户反而少付电费。因此，非线性负荷对保证电网质量而言，是一种公害。另一方面，这种非线性负荷对许多用户来说，又有特别好的运行性能，故它们在电力系统总负荷中所占的比重，与日俱增。因此，抑制高次谐波成为现代电力系统急需解决的重要问题之一。

畸变波形的特征量

为了便于谐波的计量和管理，在实际工作中常需用数字来集中表征畸变波形的某种特性，因此定义了一些特征量，诸如畸变率、谐波含量、通信干扰指标(TIF)、波幅系数、波形系数等，其中畸变率和谐波含量应用最广泛。

畸变率

表征波形畸变的程度。它是衡量电能质量的一个指标。各次谐波电压的有效值的均方根值与额定电压或其基波电压有效值的百分比，称为电压正弦波形畸变率，简称畸变率(DφU)，即

(％)许多国家规定低压供电电压的畸变率不许超过5％。

谐波含量

工程上常要求给出电压或电流畸变波形中某次谐波的含量，以便于监测和采取防治措施。定义电压（或电流）畸变波形的第n次谐波含量等于第n次谐波电压（或电流）有效值 Un（或In）与其基波电压(或电流)有效值U1（或I1）的百分比：

供电部门对用户的电流谐波含量加以限制，以保证电网电压谐波含量不超过规定的限值。

谐波管理

为了防治电力系统谐波的危害，许多国家制订了谐波管理标准。中国原水利电力部曾于1984年颁行了《电力系统谐波管理暂行规定》。有的国家对谐波源负荷实行分级限制：首先限制小容量换流装置和交流电压调整装置的最大容量；当超过限定的最大容量时，则应限制单个换流装置注入电网联接点的各次谐波电流；如不满足此二条件，则应要求联接点的电压畸变率和谐波含量不超过规定的限值。中国暂行规定(SD126-84)的电网电压畸变率和谐波含量如表。

供电部门在确定新接入用户的谐波含量允许值时，除考虑系统中原有的谐波含量外，还应为以后接入系统的负荷留有逾度。

高次谐波抑制措施

在产生谐波含量较大的负荷点装设电力滤波器是抑制谐波电流流入电网而造成危害的一个重要措施。电力滤波器的另一个作用是提供部分以至全部容量的无功补偿以改善负荷的功率因数。对于无功冲击较大的负荷，如粗轧机等，往往需要安装快速动态无功补偿装置（如静止无功补偿器）和电力滤波器。常用的电力滤波器如图1所示。

单调谐滤波器对某次谐波呈低电阻，因而仅对某次谐波调谐。单调谐滤波器的品质因数


，一般为30～60。

双调谐滤波器的阻抗特性与两个并联的单调谐滤波器的阻抗特性相近似，因此它比较经济，但调谐较难。

高通滤波器在高于某一频率的很宽的频率范围内呈低阻抗Zh≈R。高通滤波器的品质因数


，一般为0.7～1.4。

近年来，一些工业先进的国家正在研究和试验有源滤波器（图2）。这是一种更有效抑制谐波的措施。将谐波源电流i(t)在时域内分解成与电源电压波形一致并同相位的有功电流 ip(t)和无功电流iq(t)（图3），iq(t)=i(t)-ip(t)。由有源滤波器(又称静止无功电源)产生无功电流iq(t)，注入系统，实时补偿了负荷电流中的无功电流，因而电源网络只提供有功电流ip(t)。当电源网络电压为正弦波形的情况下，ip(t)亦为正弦波形，而iq(t)包含了基波无功电流和全部谐波电流。

参考书目

吴竞昌等编：《电力系统谐波》，水利电力出版社，北京，1988。