电力系统中的谐波治理buku.docx

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1、电能质量量的好坏坏，直接接影响到到工业产产品的质质量，评评价电能能质量有有三方面面标准。首首先是电电压方面面，它包包含电压压的波动动、电压压的偏移移、电压压的闪变变等；其其次是频频率波动动；最后后是电压压的波形形质量，即即三相电电压波形形的对称称性和正正弦波的的畸变率率，也就就是谐波波所占的的比重。我我国对电电能质量量的三方方面都有有明确的的标准和和规范。 随着着科学技技术的发发展，随随着工业业生产水水平和人人民生活活水平的的提高，非非线性用用电设备备在电网网中大量量投运，造造成了电电网的谐谐波分量量占的比比重越来来越大。它它不仅增增加了电电网的供供电损耗耗，而且且干扰电电网的保保护装置置与自

2、动动化装置置的正常常运行，造造成了这这些装置置的误动动与拒动动，直接接威胁电电网的安安全运行行。举个个常见的的例子来来说，电电子节能能灯在使使用量所所占比重重较小的的电网中中运行，的的确比常常用的白白炽灯好好，不仅仅亮度高高又省电电，而且且使用寿寿命也长长。但是是相反，在在大量投投运节能能灯后，就就会发现现节能灯灯的损坏坏率大大大提高。这这是由于于节能灯灯是非线线性负荷荷，它产产生较大大的谐波波污染了了这一片片电网，造造成三相相负荷基基本平衡衡情况下下，中心心线电流流居高不不下，线线电压与与相电压压之比比比：1要要小得多多，造成成了该片片电网供供电质量量下降，用用电设备备发热增增加，电电网线损

3、损增加，使使得该区区的配变变发热严严重，严严重影响响其使用用寿命。因因此我们们对非线线性用电电设备产产生的谐谐波必须须进行治治理，使使谐波分分量不超超过国家家标准。一、电力力系统中中谐波的的来源电力力系统中中的谐波波来自电电气设备备，也就就是说来来自发电电设备和和用电设设备。由由于发电电机的转转子产生生的磁场场不可能能是完善善的正弦弦波，因因此发电电机发出出的电压压波形不不可能是是一点不不失真的的正弦波波。目前前我国应应用的发发电机有有两大类类：隐极极机和凸凸极机。隐隐极机多多用于汽汽轮发电电机，凸凸极机多多用于水水轮发电电机。对于于谐波分分量而言言，隐极极机优于于凸极机机，但随随着科技技进步

4、，可可控硅、IIGBTT等电子子励磁装装置的投投入，使使发电机机的谐波波分量有有所上升升。当发发电机的的端电压压高于额额定电压压的100以上上时，由由于电机机的磁饱饱和，会会使电压压的三次次谐波明明显增加加。同样样在变压压器的电电源侧电电压超过过额定电电压100%以上上时，也也会使二二次侧电电压的三三次谐波波明显增增加。由由于电网网电压偏偏移在7以以下，所所以发电电、变电电设备产产生的谐谐波分量量都比较较小，比比国家的的考核标标准低的的多，因因此发电电、变电电设备不不是影响响电网电电压波形形方面质质量的主主要矛盾盾。为此此，影响响电网电电压波形形质量的的主要矛矛盾是非非线性用用电设备备，也就就

5、是说非非线性用用电设备备是主要要的谐波波源，非非线性用用电设备备主要有有以下四四大类： 电弧加热热设备：如电弧弧炉、电电焊机等等。 交流整流流的直流流用电设设备：如如电力机机车、电电解、电电镀等。 交流整流流再逆变变用电设设备：如如变频调调速、变变频空调调等。 开关电源源设备：如中频频炉、彩彩色电视视机、电电脑、电电子整流流器等。 这些些用电设设备都是是非线性性用电设设备，但但它们产产生的谐谐波各不不相同，具具体举例例分析如如下：电弧弧加热设设备是由由于电弧弧在700伏以上上才会起起弧，才才会有弧弧电流，并并且灭弧弧电压略略低于起起弧电压压，造成成弧电流流与弧电电压的非非线性（如如图所示示）。

6、此外外，弧电电流的波波形还有有一定的的非对称称性。正正是由于于弧电流流是非正正弦波，造造成电弧弧加热设设备对电电网的谐谐波污染染比较大大，而且且多为118次以以下的低低次谐波波污染。其其实电焊焊机在上上世纪四四、五十十年代已已广泛应应用。由由于当时时电弧加加热设备备量少，电电焊机应应用的同同时率就就更小了了，对整整个电网网的影响响比较小小，但在在当时已已发现在在烧电焊焊时，局局部低压压电网的的电压和和电流变变化很大大，有较较大的谐谐波影响响。交流流整流直直流用电电设备的的谐波产产生的原原因是由由于整流流设备有有一个阀阀电压，在在小于阀阀电压时时，电流流为零(如图图图所示)。这类类用电设设备为了

7、了提供平平稳的直直流电源源，在整整流设备备中加入入了储能能元件（滤滤波电容容和滤波波电感），从从而使阀阀电压提提高，加加激了谐谐波的产产生量。为为了控制制直流用用电设备备的电压压和电流流，在整整流设备备中应用用了可控控硅，这这使得该该类设备备的谐波波污染更更严重，而而且谐波波的次数数比较低低。交流流整流再再逆变用用电设备备，在交交流变直直流过程程中产生生的谐波波与上述述的交流流整流直直流用电电设备一一样，它它在直流流逆变成成交流时时又有逆逆变波形形反射到到交流电电流，这这类设备备产生的的谐波分分量不仅仅有低次次谐波，也也有高次次谐波(如图所所示)。虽然然这类设设备单台台容量比比上述两两类设备备

8、容量要要小，但但它的分分布面广广，数量量多，是是目前推推广使用用的技术术手段，因因此它的的谐波污污染应引引起足够够关注。开关关电源设设备目前前应用很很广，它它的工作作原理是是先把交交流整流流成直流流，通过过开关管管控制变变压器初初级电流流的开通通和关闭闭，从而而在变压压器二次次侧感应应出电流流，供给给用电设设备。此此外，开开关电源源的频率率比较高高一般在在40kkHz左左右，不不仅在整整流时产产生谐波波，而且且在开关关管开闭闭时，反反射400kHzz左右的的波至电电源。这这类用电电设备同同样是单单台容量量不大，但但它是应应用面最最广、量量最大的的非线性性用电设设备，它它还有一一定量的的三次谐谐

9、波，造造成配变变的中心心线电流流居高不不下，而而且三次次谐波还还会通过过配变污污染到110kVV电网。二、谐波波治理的的基本方方法目前前谐波治治理的基基本方法法有以下下三种，在在治理过过程中又又可以采采用变电电所集中中治理和和非线性性用电设设备处分分散治理理两种方方法。按按谁污染染谁治理理的原则则，应该该在非线线性用电电设备处处分散治治理。但但对于电电脑，彩彩电，节节能灯等等民用设设备，则则只能进进行集中中治理。1、减减少非线线性用电电设备与与电源间间的电气气距离。也也就是减减少系统统阻抗，换换句话说说就是提提高供电电电压等等级。例例如，在在丽水电电业局的的遂昌钢钢厂就取取得了不不错效果果，该

10、钢钢厂原是是用355kV供供电，由由两个1110kkV变电电所各架架设一回回35kkV专线线供电，而而它的主主要用电电设备是是电弧炉炉，虽然然进行了了五次、七七次谐波波治理，但但在1110kVV的355kV母母线上测测得谐波波分量仍仍接近或或稍超国国家标准准。但在在丽水局局在遂昌昌新建了了一个2220kkV变电电所而且且离该钢钢厂仅44km左左右，用用5回335kVV专线供供电，使使35kkV母线线的谐波波分量控控制在国国家标准准以内，此此外该厂厂还使用用了较大大容量的的同步发发电机，使使这些非非线性负负荷的电电气距离离大大下下降，使使该厂生生产的谐谐波对电电网的危危害性下下降，这这种方法法投

11、资是是最大的的，往往往需要和和电网发发展规划划相协调调。2、谐谐波的隔隔离。非非线性用用电设备备产生的的谐波，它它不仅直直接影响响到本级级电网，而而且经过过变压器器后，还还会影响响到上几几级电网网。如何何把这些些非线性性用电设设备产生生的谐波波不影响响或少影影响其他他几级电电网，这这也是谐谐波治理理的一个个基本方方法。这这一方法法在电网网中广泛泛采用，发发电机发发出的电电能经过过Y/、Y00/、Y00/Y等等接线组组别的变变压器，把把发电机机产生的的三次、九九次等零零序分量量的谐波波与上级级电网隔隔离开来来，因此此在1110kVV以上高高压电网网上，三三、九次次谐波分分量很小小，几乎乎是零。而

12、而10kkV由于于大多数数配变为为Y/YY0接线线，355kV也也有少量量Y/YY0接线线的直配配变，因因此在110kVV和355kV系系统中三三、九次次谐波分分量会比比高压电电网大。为为了减少少低压对对10kkV电网网的影响响，我局局现在110kVV配电系系统中推推广使用用了D，yyn111接线组组别的配配电变压压器，有有效的减减少了三三、九次次谐波的的影响。3、安安装滤波波器。目目前对变变电所侧侧和用户户侧谐波波治理的的方法，多多采用安安装滤波波器来减减少谐波波分量。滤滤波器分分为有源源滤波器器和无源源滤波器器两大类类。有源源滤波器器的基本本工作原原理是把把电源侧侧的电流流波型与与正弦波波

13、相比较较，差额额部分由由有源滤滤波器进进行补偿偿，这是是谐波治治理的发发展方向向。目前前由于功功率电子子元件容容量做不不大、电电压做不不高，而而且成本本很高，因因此在现现阶段不不可能大大量推广广应用。随随着科学学技术的的发展，功功率电子子元件的的成本下下降，这这一技术术一定会会在谐波波治理上上占主导导地位的的。无源源滤波器器是通过过L、CC串联或或并联，使使其在某某次谐波波产生谐谐振，当当发生串串联谐振振时，使使滤波器器两端该该次谐波波的电压压很小，几几乎接近近零，这这类滤波波器往往往接在变变压器的的二次侧侧出口处处，从而而使变压压器的一一次侧该该次谐波波的分量量也很小小，达到到对该次次谐波治

14、治理的目目的。串串联无源源滤波器器多用于于对五、七七、十一一次谐波波治理中中，而且且往往同同时采用用两组以以上滤波波器，谐谐振在五五、七次次，同时时起补偿偿电容器器组的作作用。目目前，在在电力行行业中，它它多用于于35kkV和1110kkV变电电所的110kVV母线上上，两组组滤波器器中的电电容器容容量大于于变电所所无功补补偿容量量，串联联电感后后，谐振振在五、七七次谐波波频率中中，使无无源滤波波器一物物二用，具具体计算算公式如如下：当无无源滤波波器中，LL、C串串联谐振振在n次次谐波频频率时，。电容容器和电电感在工工频时的的参数：Xcnn2XLL得，当当n55时，XXc552XLL255XL

15、Uc11.044U，QQc11.044QLCC当n77时，XXc772XLL499XL，UUc11.022U，QQc11.022QLCC一般般在电容容器无串串联电感感时，电电网额定定电压为为10kkV，变变压所母母线电压压在100.5kkV以上上，电容容器额定定电压多多选用111kVV/。因因此，用用整治五五次谐波波的滤波波器电容容额定电电压就常常选取111.55kV/或122kV/，用来来整治七七次谐波波的滤波波器电容容额定电电压就常常选取111kVV/。但是是由于计计算精度度和电容容器、电电感器的的制造精精度等原原因，若若按计算算结果数数据来配配备，在在标准化化审查时时就通不不过，为为了保

16、证证串联滤滤波器能能在五、七七次谐波波频率时时谐振，我我们要求求电感有有一定的的调节范范围，从从而确保保滤波器器能正常常工作。具具体调试试方法如如下图，调调节电感感,在谐谐波分析析仪中该该次谐波波值最小小时，则则认为滤滤波器已已调试成成功。三、谐波波治理方方法的总总结和发发展在电电力系统统中，供供电电压压波型是是中心对对称的，因因此基本本上不含含有偶次次谐波，主主要存在在在奇次次谐波，而而三、九九次谐波波可以通通过Y00/、YY0/YY、Y/接线线组别进进行隔离离。而111、113次以以上谐波波由于其其频率比比较高，而而且输电电线路有有一定电电感量，对对地又有有一定电电容量，相相间及线线间也有

17、有一定电电容量。因因此，高高次谐波波在线路路传输过过程中衰衰减比较较快，同同时高次次谐波在在电网中中所占的的比重也也不大，故故在电力力行业中中不作为为主要整整治对象象。在110kVV配电系系统中，配配变多采采用Y/Y0接接线，YY0（4400VV）侧由由于有非非线性用用电设备备，会产产生三、五五、七次谐谐波，五五、七次次谐波可可以用串串联LCC滤波器器进行治治理，而而对三次次谐波往往往采用用并联谐谐振使三三次谐波波在主变变一次侧侧和二次次侧之间间进线隔隔离，其其原理如如下：当LL、C并并联谐振振在三次次谐波频频率时，三三次谐波波电流流流不过主主变二次次侧线圈圈，从而而使主变变一次侧侧感应不不出

18、三次次谐波的的电压分分量，同同时使中中性线三三次谐波波电流大大大下降降。a、综综上所述述，对于于电力行行业的谐谐波治理理方法有有以下四四种基本本方法：1、采采用Y00/、YY0/YY、Y/接线线组别的的变压器器，隔离离三、九九次谐波波。2、采采用L、CC串联无无源滤波波器，对对五、七七次谐波波进行治治理。例如如，丽水水局的1110kkV景宁宁变电所所由于110kVV负荷中中，中频频炉占有有较大比比重，从从实测数数据看，主主导谐波波为5、77，111，133，199，322，333，344，366，388次。补补偿电容容器的投投入后，对对低次谐谐波有放放大作用用，100kV母母线电压压畸变率率由

19、6上升为为8.55，对对高次谐谐波有一一定滤波波作用，而而且电容容投入运运行后，会会使电容容器端电电压升高高，导致致电容器器损坏。目目前，在在一、二二段母线线上各加加一组五五次和七七次滤波波器（容容量为2200kkVARR188只 五五次；2200kkVARR122次 七七次）后后，不但但使五、七七次谐波波有明显显压制，而而且提高高了功率率因素，使使供电量量增加、线线损下降降。具体体测试数数据如下下：总谐波3次谐波波5次谐波波7次谐波波11次谐谐波治理前6.0550.73.7552.3661.522电容器投投入8.0220.9555.8664.7881.633治理后3.7880.71.20.4

20、1.53、采采用L、CC并联无无源滤波波器，对对三次谐谐波电流流进行阻阻塞。例如如，本市市中心医医院的外外科大楼楼及门诊诊楼引入入新的进进口设备备，由于于低压系系统有三三次谐波波分量，造造成新引引入的医医疗诊断断设备不不能正常常运作，医医院采用用了L、CC并联无无源滤波波器，串串接在变变压器中中性点上上，从而而使三次次谐波得得到压制制，使医医疗诊断断设备能能够正常常工作。4、加加强电网网建设，扩扩大电网网容量，增增加旋转转备用容容量。b、对对于非线线性用电电设备的的谐波治治理方法法有以下下五种方方法：1、对对电弧加加热用电电设备，采采用多相相（六相相、十二二相等）电电弧炉变变压器，从从而使低低

21、次谐波波分量下下降，高高次谐波波分量上上升。目目前最常常用的是是Y/YY0、/Y00两变压压器分别别接两台台相同容容量的电电弧炉，并并使两炉炉同步作作业，通通过LCC串联无无源滤波波装置进进行局部部治理，达达到用电电设备产产生的谐谐波不超超标。2、对对于交流流整流直直流用电电设备采采用多相相整流。多多相整流流产生的的谐波多多为整流流相数1次，对对12相相整流设设备，谐谐波分量量最大是是11次次和133次，而而对244相整流流设备，则则是233次和225次。谐谐波频率率越高，LL、C串串联滤波波器的投投资越小小，谐波波在输电电线路中中传输衰衰减越快快。3、开开关电源源设备谐谐波治理理。工业业用的

22、典典型设备备是中频频炉，目目前广泛泛采用YY/Y00、/Y0两两台变压压器初级级并联，带带两台相相同容量量中频炉炉同步运运行，以以提高整整流时产产生谐波波的次数数，在中中频变换换中进行行L、CC串联吸吸收,以以减少中中频谐波波反射到到电源侧侧，其接接线如下下图所示示，例如如，浙江江省青田田县特种种钢厂，引引进了美美国生产产的中频频炉，采采用Y/Y0、/Y00两台变变压器分分别接中中频炉，使使其产生生的谐波波对电网网的影响响明显降降低。4、变变频器的的谐波治治理。在在发达国国家中是是变频器器和变频频器谐波波治理设设备是配配套供应应的，由由于变频频器的设设备价格格和配套套的变频频器谐波波治理设设备

23、的价价格相差差不多，我我国的好好多用户户，往往往只安装装变频器器，不安安装配套套的谐波波治理设设备。随随着变频频技术的的推广，会会使电网网中的谐谐波影响响加剧，因因此希望望用电管管理部门门做好用用户工作作，做到到变频器器与配套套的谐波波装置二二者同时时设计，一一起投运运。5、用用户侧多多投一些些同步电电动机，它它一方面面可以进进行无功功补偿，减减少电压压波动及及电压闪闪变，另另一方面面它又能能吸收一一部分谐谐波电流流，对谐谐波治理理也有很很大好处处。例如如，遂昌昌钢厂，在在同步电电动机全全开时，1110kkV古市市变和金金溪变335kVV母线的的电压，谐谐波分量量基本能能在允许许范围内内，如果

24、果同步机机停运，则则这两点点的电压压谐波分分量会超超标，因因此用户户投入同同步机对对电网是是有利的的。单相相电焊机机它是一一个谐波波源，在在五十年年代出现现过电动动机带动动直流发发电机。直直流发电电机提供供电焊机机电源，这这也是一一种谐波波治理方方法。在在三十年年代，上上海的电电车、电电镀都是是用交流流电动机机带动直直流发电电机来供供电车和和电镀电电源。但但是在整整流技术术发展的的今天，我我们当然然不会使使用这一一落后的的技术手手段来治治理谐波波，而是是采用价价格低廉廉的无源源滤波器器。在供供电系统统中进行行谐波治治理有不不少困难难，非线线性负荷荷不是224小时时平稳运运行的，如如电弧炉炉、中

25、频频炉在出出炉时会会停运，在在熔化和和冶炼过过程中，出出力又有有变化，因因此谐波波是在变变化的。所所以采用用一个或或几个固固定的无无源滤波波器的投投切，不不可能和和非线性性负荷变变动进行行同步，而而目前有有源滤波波器又不不可能大大力推广广。从技技术上说说，目前前对谐波波治理有有一定难难度，而而且虽然然串联LL、C无无源滤波波器对五五、七次次谐波起起了治理理作用，但但是对某某次谐波波在某个个条件下下会起放放大作用用，从这这一点来来看，希希望加强强用电设设备的治治理工作作。在变变电所补补偿设备备中串入入一定电电感，可可以使之之成为五五、七次次谐波治治理设备备，同时时还可以以起到补补偿作用用，以达达到一物物二用。但但在设计计方面则则要请有有丰富经经验的设设计单位位设计，在在浙江省省可以请请浙江省省电力试试验研究究所，他他们在五五、七次次谐波治治理中已已取得了了很好的的成果，在在他们的的指导下下，各供供电企业业可以自自己动手手，从小小到大做做一些谐谐波治理理工作，解解决一些些谐波污污染问题题，这对对各供电电企业的的自身提提高是有有帮助的的。