供电网络的谐波污染与谐波抑制

供电网络的谐波污染与谐波抑制摘要：分析了供电系统中谐波污染的产生以及对供电系统的危害，介绍了各种解决谐波污染的手段及所使用的设备，以保证供电网络的品质。

关键词：基波；谐波；谐波标准；无源滤波器；动能谐波器1谐波的产生

在供配电系统中的高次谐波主要产生于非线性负荷用电设备，如变流装置及电弧炉等；在低压电网的谐波污染，主要来源是功率电子设备，如驱动器、UPS、焊接器、计算机、打印机等。通常设备里的半导体开关只会在基波周期的某段时间通电，这使设备具有剩电、动态特性和灵活控制等优点，从而产生较大畸变的不连续电流。以下列举一些典型负载引起的谐波畸变。配备平滑电容器的单相整流器电路布置如图1（a）所示，可在单相负载中应用。从电源取用的电流值会在一周期的某段时间突然上升或下降，电压与电流波形见图1（b）。

这种电流波波形包含含了很多多奇次谐谐波，奇奇次谐波波的幅值值可能会会高于基基波电流流分量。该该电路布布局的广广泛应用用，将导导致过多多的谐波波电流流流入供电电系统。六六脉波桥桥以三相相功率为为主的设设备通常常采用六六脉波桥桥，例如如驱动装装置和UUPS，六六脉波桥桥的直流流侧，可可连接平平滑电抗抗器、平平滑电容容器或以以上两者者。所用用的开关关可以是是可控的的（可控控硅等）或或不可控控的（二二极管），视视所用设设备确定定。连接接平滑电电抗器的的二极管管桥的电电路布局局如图22（a），电电流波形形如图22（b）。

连接平滑电电容器的的二极管管桥的电电路布局局如图33（a），电电流波形形如图33（b）。

事事实上，对对于六脉脉波变流流器而言言，在理理想条件件下即：：

（aa）电源源为理想想的正弦弦波、并并三相对对称；

（bb）直流流侧电抗抗足够大大，直流流电流无无纹波；；

（cc）交流流侧电抗抗为零。

对于如图44（a）而而言，交交流电流流波形可可分解为为一系列列谐波电电流分量量

对于如如图4（bb）而言言，交流流电流波波形可分分解为一一系列谐谐波电流流分量

由由上式可可见，注注入系统统的谐波波是kpp±1次次。

通通常，一一个连接接着很大大的平滑滑电抗器器的六脉脉波桥，所所产生的的谐波电电流值大大约为

其其中：IIn————n次谐谐波电流流幅值；；I1—基波波电流幅幅值；NN————谐波次次数

2谐波标标准

目前大大多数现现代电力力设备是是谐波电电流的来来源。这这些电流流进入供供电系统统后将造造成电压压谐波，这这将影响响到连接接在同一一母线的的其他负负荷或连连接同一一电源的的临近装装置。因因此，国国家规定定谐波造造成电网网电压波波形畸变变率极限限和用户户注入电电网的谐谐波电流流允许值值应满足足国家标标准。

当当电网公公共点的的最小短短路容量量异于表表中基准准短路容容量时，按按下式修修正表22中的谐谐波电流流允许值值

式中Sk11————公共连连接点的的最小短短路容量量，MVVA；

Sk2————基准准短路容容量，MMVA；；

Innp————表22中第nn次谐波波电流允允许值，AA；

IIn————短路容容量为SSk1时的的第n次次谐波电电流允许许值，AA。

3谐波的的限制

由于于电网所所带的很很多种类类的负载载会把谐谐波电流流带入电电源，而而这些电电流会使使供电电电压畸变变，同时时增加了了畸变波波形的有有效值和和峰值。有有效值的的增加会会使电力力设备过过热导致致发、配配电设备备及用电电设备效效率降低低，影响响继电自自动装置置动作的的准确性性，电子子通信设设备亦将将受到干干扰。为为抑制谐谐波的产产生，可可采用很很多方法法。对装置置作出结结构上的的改造，例例如采用用12脉脉波变流流器取代代6脉波波变流器器，因为为12脉脉波变流流器产生生的谐波波电流次次数是111、113、223、224…，而而每一谐谐波分量量的幅值值是：

可可见这比比6脉波波变流器器有很大大改变。

当谐波值较高时，可使用谐波滤波器。在中压以上供电系统中，目前常采用无源滤波器，无源滤波器大致分为以下六种，如图5所示。

单调谐滤波波器通频频带窄，滤滤波效果果好，损损耗小，调调谐容易易，是使使用最多多的一种种类型；；双调谐谐滤波器器可代替替两个单单调谐滤滤波器，只只有一个个电抗器器（L11）承受受全部冲冲击电压压，但接接线复杂杂，调谐谐困难，仅仅在超高高压系统统中使用用。

一阶高通滤滤波器因因基波损损耗大，一一般不采采用；二二阶高通通滤波器器通频带带很宽，滤滤波效果果好，但但损耗比比单调谐谐大，通通常用于于较高次次谐波；；三阶高高通滤波波器电容容器利用用率较高高，基波波损耗小小，但滤滤波效果果不如二二阶高通通滤波器器，一般般用于电电弧炉滤滤波；“CC”式高高通滤波波器滤波波性能处处于二阶阶和三阶阶高通滤滤波器之之间，RR的基波波损耗最最小。用用于电弧弧炉滤波波，对二二次谐波波特别有有效。

在在6000V以下下的供电电系统中中，目前前较多使使用动能能滤波器器。动能能滤波器器的原理理与无源源滤波器器是不同同的，无无源滤波波器是不不可控制制的且滤滤波作用用是基于于阻抗的的特性。在在动能滤滤波器中中，则测测量谐波波电流，然然后制造造一个与与该谐波波电流相相反的谐谐波电流流频谱与与原谐波波电流相相抵消。

笔者在进行一大型铜冶炼厂铜电解系统设计时，由于铜电解整流器采用了六脉波可控硅整流桥进行电流逆变，将交流电整流成直流电流对电解槽供电。在生产过程中将产生较高的5次、7