產(chǎn)生電力諧波的設(shè)備非常多,主要有變頻調(diào)速器、直流調(diào)速系統(tǒng)、整流設(shè)備、中高頻感應(yīng)加熱設(shè)備、晶閘管溫控加熱設(shè)備、焊接設(shè)備、電弧爐、電力機(jī)車、不間斷電源、計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音像設(shè)備、充電器、變頻空調(diào)、晶閘管調(diào)光設(shè)備、電子節(jié)能燈等。

諧波的危害主要包括以下幾個(gè)方面:

(1)增加電力設(shè)施的負(fù)荷,降低系統(tǒng)功率因數(shù),降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的有效容量和效率;

(2)引起無(wú)功補(bǔ)償電容器諧振和諧波放大，導(dǎo)致電容器因過(guò)電流或過(guò)電壓而損壞或無(wú)法投入運(yùn)行;

(3)產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩致使電動(dòng)機(jī)振動(dòng),影響產(chǎn)品質(zhì)量和電機(jī)壽命;

(4)由于渦流和集膚效應(yīng),使電機(jī)、變壓器、輸電線路等產(chǎn)生附加功率損耗而過(guò)熱;

(5)增加絕緣介質(zhì)的電場(chǎng)強(qiáng)度,降低設(shè)備使用壽命;

(6)零序諧波電流導(dǎo)致三相四線系統(tǒng)的中線過(guò)載,并在三角接法的變壓器繞組內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流;

(7)引起繼電保護(hù)設(shè)施的誤動(dòng)作,造成繼電保護(hù)等自動(dòng)裝置工作紊亂;

(8)改變電壓或電流的變化率和峰值,延緩電弧熄滅,影響斷路器的分?jǐn)嗳萘?

(9)使計(jì)量?jī)x表特別是感應(yīng)式電能表產(chǎn)生計(jì)量誤差;

(10)干擾鄰近的電力電子設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備和通訊設(shè)備,影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

2 電力諧波管制標(biāo)準(zhǔn)

為了保證電網(wǎng)安全和用電設(shè)備的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,目前許多國(guó)家、國(guó)際組織以及一些大電力公司都制定了相應(yīng)的諧波標(biāo)準(zhǔn),如關(guān)于公用電網(wǎng)諧波限制的IEEE519-1992、GB/T14549-1993,關(guān)于用電設(shè)備諧波電流排放限制的IEC61000-3-2、IEC61000-3-4、GB/Z17625.1-2003、GB/Z17625.6-2003等。

雖然各諧波標(biāo)準(zhǔn)不盡相同,但都大同小異,且所有的標(biāo)準(zhǔn)都是基于以下三個(gè)目的:

(1)將電力系統(tǒng)電流和電壓波形的畸變控制到系統(tǒng)及其所接設(shè)備能夠允許的水平;

(2)以符合用戶需要的電壓波形向用戶供電;

(3)不干擾其它系統(tǒng)(如通信系統(tǒng))的正常工作。

GB/T14549-1993《電能質(zhì)量—公用電網(wǎng)諧波》是現(xiàn)行電力諧波監(jiān)督管理的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。除要求電網(wǎng)各級(jí)電壓的諧波水平不超出國(guó)標(biāo)限值外,還要求用戶注入公用電網(wǎng)的諧波電流不超出國(guó)標(biāo)允許值,否則應(yīng)采取治理措施。

3 治理電力諧波的方法

諧波治理措施主要有三種:一是主動(dòng)治理,即從諧波源本身出發(fā),通過(guò)改進(jìn)用電設(shè)備,使其不產(chǎn)生或少產(chǎn)生諧波;二是受端治理,即從受到諧波影響的設(shè)備或系統(tǒng)出發(fā),提高它們的抗諧波干擾能力;三是被動(dòng)治理,即通過(guò)安裝電力濾波器,阻止諧波源產(chǎn)生的諧波注入電網(wǎng),或者阻止電力系統(tǒng)的諧波流入負(fù)載端。

由于諧波源的廣泛性和復(fù)雜性,主動(dòng)治理方法受到設(shè)備結(jié)構(gòu)、效率、成本、可靠性等因素影響,只能解決部分問(wèn)題,受端治理方法和被動(dòng)治理方法仍是目前治理電力諧波問(wèn)題的主要方法。例如通過(guò)串聯(lián)失諧電抗器抑制無(wú)功補(bǔ)償電容器導(dǎo)致的諧波共振放大,通過(guò)在系統(tǒng)中安裝無(wú)源電力濾波器和有源電力濾波器進(jìn)行濾波等。

3.1 諧波共振抑制與串聯(lián)電抗器的應(yīng)用

(1)無(wú)功補(bǔ)償電容器引起的諧波共振與放大

當(dāng)系統(tǒng)中含有諧波時(shí),無(wú)功補(bǔ)償電容器會(huì)與系統(tǒng)阻抗發(fā)生并聯(lián)諧振,導(dǎo)致諧波放大。圖3為補(bǔ)償電容器引起5次諧波共振的實(shí)例。

圖4為補(bǔ)償電容器與電網(wǎng)阻抗并聯(lián)諧振的等效電路。其中C為補(bǔ)償電容器容量，Ls和rs分別為電網(wǎng)等效電抗和等效電阻，Ilf和Ilh分別為負(fù)載的基波電流和諧波電流強(qiáng)度，Isf和Ish分別為網(wǎng)側(cè)的基波電流和諧波電流強(qiáng)度，Us為電網(wǎng)諧波電壓。

定義網(wǎng)側(cè)諧波電流Ish與負(fù)載諧波電流Ilh之比Ish/Ilh為諧波放大因子,則Ish/Ilh與諧波頻率的關(guān)系如圖5所示,諧波共振頻率f0由式(1)確定:

作為典型參考值,假定