產(chǎn)生諧波設(shè)備

是以具有強(qiáng)烈非線(xiàn)性特性的電弧為工作介質(zhì)、或者具有鐵磁飽和特性的鐵芯的以電力電子元件為基礎(chǔ)的開(kāi)關(guān)電源的設(shè)備。

產(chǎn)生諧波的設(shè)備主要分為以下幾類(lèi)：

1、具有鐵磁飽和特性的鐵芯設(shè)備：變壓器、電抗器等

2、以具有強(qiáng)烈非線(xiàn)性特性的電弧為工作介質(zhì)：氣體放電燈、交流弧焊機(jī)、煉鋼電弧爐等

3、以電力電子元件為基礎(chǔ)的開(kāi)關(guān)電源：各種電力變流設(shè)備（整流器、逆變器、變頻器）、相控調(diào)速、調(diào)壓裝置、大容量的電力晶閘管可控開(kāi)關(guān)設(shè)備等。2100433B

電網(wǎng)諧波主要由發(fā)電設(shè)備(電源端)、輸配電設(shè)備以及電力系統(tǒng)非線(xiàn)性負(fù)載等三個(gè)方面引起的。

(1)電源端產(chǎn)生的諧波

發(fā)電機(jī)的三相繞組在制作上很難做到絕對(duì)對(duì)稱(chēng)，由于制作工藝影響，其鐵心也很難做到絕對(duì)的均勻一致，加上發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性等其他一些原因，會(huì)產(chǎn)生一些諧波，但一般來(lái)說(shuō)相對(duì)較少。

(2)輸配電過(guò)程產(chǎn)生的諧波

電力變壓器是輸配電過(guò)程中主要的諧波來(lái)源，由于變壓器的設(shè)計(jì)需要考慮經(jīng)濟(jì)性，其鐵心的磁化曲線(xiàn)處于非線(xiàn)性的飽和狀態(tài)，使得工作時(shí)的磁化電流為角頂型的波形，因而產(chǎn)生奇次諧波。較高的變壓器鐵心飽和程度使得其工作點(diǎn)偏離了線(xiàn)性曲線(xiàn)，產(chǎn)生了較大的諧波電流，其奇次諧波電流的比例可以達(dá)到變壓器額定電流的0.5%以上。

(3)電力設(shè)備產(chǎn)生的諧波

1)整流晶閘管設(shè)備。由于整流晶閘管廣泛應(yīng)用在開(kāi)關(guān)電源、機(jī)電控制、充電裝置等許多方面，給電網(wǎng)帶來(lái)了相當(dāng)多的諧波。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由整流設(shè)備引起的諧波將近達(dá)到全部諧波的40%，是諧波的一個(gè)主要來(lái)源。

2)變頻設(shè)備。電動(dòng)機(jī)、電梯、水泵、風(fēng)機(jī)等機(jī)電設(shè)備中常用的變頻設(shè)備，因?yàn)榇蟛糠质窍辔豢刂?，其諧波成分比較復(fù)雜，除了整數(shù)次的諧波成分外，還含有一定分?jǐn)?shù)次的諧波成分，變頻設(shè)備的功率一般較大，其廣泛應(yīng)用對(duì)電網(wǎng)造成的諧波也越來(lái)越多。

3)氣體放電類(lèi)電光源。氣體放電類(lèi)電光源如高壓鈉燈、高壓汞燈、熒光燈以及金屬鹵化物燈等，其伏安特性的非線(xiàn)性相當(dāng)嚴(yán)重，有的電光源還具有負(fù)伏安特性，這些都會(huì)給輸電網(wǎng)帶來(lái)奇次諧波成分。

4)家用電器設(shè)備。在空調(diào)器、冰箱、洗衣機(jī)、電風(fēng)扇等含有繞組的用電設(shè)備中，由于不平衡電流的變化也能使電源波形發(fā)生改變。另外，計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、溫控炊具、調(diào)光燈具等，因其具有一定的調(diào)壓整流功能，也會(huì)產(chǎn)生高次的奇次諧波成分。這些家用電器設(shè)備也成為諧波的一個(gè)主要來(lái)源。

5)其他用電設(shè)備。

間諧波往往由較大的電壓波動(dòng)或沖擊性非線(xiàn)性負(fù)荷所引起，所有非線(xiàn)性的波動(dòng)負(fù)荷，如電弧焊、電焊機(jī)、各種變頻調(diào)速裝置、同步串級(jí)調(diào)速裝置及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等均為間諧波波源，電力載波信號(hào)也是一種間諧波。

在各種電壓等級(jí)供電網(wǎng)中都可能出現(xiàn)間諧波。間諧波源主要有靜止頻率變換器，循環(huán)換流器，感應(yīng)電機(jī)和電弧設(shè)備等。

對(duì)于居民用電時(shí)間比較集中、季節(jié)性強(qiáng)、且諧波中含有大量零序分量的特點(diǎn)[6]，居民用電所產(chǎn)生的諧波治理可以從以下三個(gè)方面入手:設(shè)計(jì)方面;管理方面;技術(shù)方面 。

1)設(shè)計(jì)方面。首先要合理規(guī)劃供電結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行配網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量詳細(xì)的掌握配網(wǎng)的負(fù)載情況及諧波源。在低壓配網(wǎng)系統(tǒng)中，將產(chǎn)生諧波的電氣設(shè)備接在同一母線(xiàn)上，可以利用諧波的互補(bǔ)作用降低配網(wǎng)中的諧波含量;將不產(chǎn)生諧波的電氣設(shè)備接在同一母線(xiàn)，盡量減少諧波對(duì)其影響。關(guān)于變壓器，為了防止諧波電流引起的過(guò)熱，可以使用因數(shù)變壓器，該變壓

器的設(shè)計(jì)基本上是通過(guò)改善繞組和降低鐵芯損耗來(lái)減少由諧波電流所引起的附加損耗。配網(wǎng)中若有三相整流變壓器，應(yīng)采用D, ynll接線(xiàn)方式，以最大限度的抑制諧波。另外，在三相系統(tǒng)中，三相負(fù)荷功率相等不代表三相平衡，因?yàn)樨?fù)荷的自身特性可能導(dǎo)致三相不平衡和非線(xiàn)性。所以在進(jìn)行配電設(shè)計(jì)時(shí)，除了使三相負(fù)荷功率平衡外，還應(yīng)考慮各相所帶的負(fù)荷性質(zhì)。

2)管理方面。諧波的治理，需要大量的投資，走共同治理之路。在分清諧波來(lái)源基礎(chǔ)上，除了依靠供電部門(mén)，還要調(diào)動(dòng)電力供需環(huán)節(jié)中的各個(gè)方面。諧波治理是綜合治理的過(guò)程，有明確的規(guī)定和要求，是改善供電品質(zhì)的重要方面。然而許多電力用戶(hù)，對(duì)諧波的危害沒(méi)有足夠的認(rèn)識(shí)，往往認(rèn)為諧波治理僅僅是電力部門(mén)的事情。就此而言，電力管理部門(mén)有必要加強(qiáng)

諧波治理方面的宣傳，強(qiáng)調(diào)諧波帶來(lái)的危害和諧波治理的重性及投資回報(bào)。在對(duì)諧波準(zhǔn)確測(cè)量的基礎(chǔ)上，提出適合于用戶(hù)的治理方案。

3)技術(shù)方面。電力系統(tǒng)諧波的抑制方法可分為預(yù)防性和補(bǔ)救性?xún)纱箢?lèi)，而針對(duì)居民用戶(hù)的特點(diǎn)預(yù)防方法效果不大，所以通常使用補(bǔ)救性方法，補(bǔ)救性方法主要是使用濾波器進(jìn)行濾波。

濾波器分為無(wú)源濾波器和有源濾波器。二者之間的本質(zhì)區(qū)別在于:無(wú)源濾波器只能濾除特定階次的諧波電流，而有源濾波器是對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在檢測(cè)到系統(tǒng)諧波的同時(shí)向系統(tǒng)注入一組與之相位相反的電流來(lái)抵消諧波電流，同時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償基波無(wú)功功率。其優(yōu)點(diǎn)是可同時(shí)處理多階次諧波，缺點(diǎn)是價(jià)格較貴。由于居民用電對(duì)電能質(zhì)量要求相對(duì)較低，應(yīng)盡量避免增設(shè)造價(jià)過(guò)的高設(shè)備，以防止對(duì)居民產(chǎn)生過(guò)高的資金分?jǐn)倝毫?，故采用單調(diào)諧濾波器與高通濾器相結(jié)合的混合無(wú)源濾波方式進(jìn)行諧波治理。另外還可以通過(guò)改變電容器組的安裝位置或調(diào)整電容器組的無(wú)功出力來(lái)治理。在調(diào)諧的諧波次數(shù)下，電容器和電抗器具有相同的電抗，但是需要特別注意的是電容器應(yīng)能承受施加在其上的總電壓。然而，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)濾波的趨勢(shì)是采用有源濾波器。有源濾波器可以對(duì)頻率與幅度發(fā)生變化的諧波進(jìn)行跟蹤，具有不受阻抗影響的特點(diǎn)，并且避免了出現(xiàn)諧振的危險(xiǎn)。目前，以下3個(gè)原因限制了其在我國(guó)的應(yīng)用:1)國(guó)外同類(lèi)裝置價(jià)格太高;2)人們對(duì)諧波危害還沒(méi)有足夠的認(rèn)識(shí);3)國(guó)內(nèi)諧波問(wèn)題的污染程度還不是特別嚴(yán)重。但是，隨著技術(shù)的發(fā)展有源濾波器的價(jià)格會(huì)進(jìn)一步下降，并且未來(lái)諧波源將越來(lái)越多也越來(lái)越多樣化，諧波問(wèn)題會(huì)變得越來(lái)越復(fù)雜，因此人們對(duì)諧波認(rèn)識(shí)也會(huì)逐漸加深，所以綜合來(lái)看，未來(lái)濾波的發(fā)展趨勢(shì)是有源濾波。

針對(duì)絕大多數(shù)居民用戶(hù)采用的TN-S或TN-C-S的配電方式，由于其存在中性線(xiàn)，零序諧波電流，特別是3次諧波電流在中線(xiàn)上會(huì)相互疊加，使得中線(xiàn)電流中的諧波狀況異常嚴(yán)重。面對(duì)這種狀況，除了適當(dāng)增加中性線(xiàn)的截面積，降低其帶來(lái)的不利影響外，可以在中性線(xiàn)上加裝零序?yàn)V波電抗器。該電抗器使用的是LC調(diào)諧濾波器的原理，但是無(wú)電容拓?fù)洌哂行矢?、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資少、運(yùn)行可靠，不存在諧波放大和失諧等優(yōu)點(diǎn)。零序?yàn)V波裝置在三相四線(xiàn)制城市配電網(wǎng)濾波工程中具有較好的應(yīng)用價(jià)值，可以有效的降低諧波對(duì)配電網(wǎng)的危害。