谐波的产生、危害及谐波治理的经济效益分析

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1、谐波的产生、危害及谐波治理的经济效益分析济南鲁泰电气有限公司JINANLUTEELECTERCO,.LTD一、前言2二、谐波的定义与性质3三、谐波的产生4四、谐波源及其特征谐波7五、谐波影响及治理后的效益分析8六、谐波国家标准17七、减小谐波影响的技术措施19八、基本术语27一、刖吞电力系统波行畸变并不是一个新的问题，早在1920〜1930年间,德国就已提出静态整流器产生的波形畸变问题。但直到20世纪50〜60年代，市于高压直流输电技术的发展，才有大量关于换流器谐波问题的文章发表。20世纪70〜80年代，由于电气铁道的发展以及化工、冶金、钢铁、

2、有色金属、煤炭和交通等工业部门大量使有了电力电子设备和应用电力整流和换流技术，使大量谐波注入了电网。谐波问题在有些电力系统中已经对电力系统和用电设备产生了严重的危害和影响，必须认真研究并采取相应的限制及管理措施。世界各国十分重视和关心谐波问题，多次召开了国际性的学术讨论会，不少国家已制定出对电力系统谐波和用电设备谐波的国家标准或电力部门的规定。国际电工委员会（IEC）和国际大电网委员会（CIGRE）都相继组成专门工作组，开展这方面工作，并制定了包括各项电力和用电设备以及家用电器在内的谐波标准。1979年9月，英国电气委员会总工程师会议制定了供电

3、网络谐波的有关规定（工程技术导则G5/3）。它已成为各国际组织和世界各国研究和制定谐波的标准，是进行谐波管理的典范。为了引起各方而对电力系统谐波未提及管理工作的重视，大力开展有关电力系统谐波的研究工作，1984年原水利电力部根据国家经委批准的“供用电准则”制定和颁布了SD126-1984《电力系统谐波管理暂行规定》。国家技术监督局在1993年7月31日发布了GB/T19549-1993《电能质量公用电网谐波〉〉,并于1994年3月1日起实施。二、电力系统谐波的定义与性质2.1电力系统谐波的定义国际上公认的谐波定义为：谐波是一个周期电气量的正弦波

4、分量，其频率为基波频率的整数倍，由于谐波的频率是基波频率的整数倍，也常称它为高次谐波。国际电工标准（IEC555—2,1982）、CIGRE的文献（工作组报告36-05）中队谐波也都有明确的定义：谐波分量为周期量的傅里叶级数中＞1的n次分量，对谐波次数n的定义则为：以谐波频率和基波频率之比表达的整数。IEEE标准519—1981种的定义为：谐波为一周期波或量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。2.2电力系统谐波的性质（1）谐波次数n必须是正整数。例如，我国电力系统的额定频率为50Hz,则其基波为50Hz,2次谐波为100Hz,,3次谐波为1

5、50Hz。n不能为非整数，因此也不能有非整数次谐波.（2）谐波和暂态现象的区别。通常认为谐波现象的波形保持不变，而暂态现象则在每周的波形都发生变化或有衰减现象等。根据傅里叶级数的基本理论，被变换的波形必须是周期性的和不变的。实际上很难完全做到，这是因为电力系统负荷是波动的，而负荷的变动会影响系统中的谐波含量。在实际分析中，只要被分析的现象或情况持续一段适当的时间，就可以应用傅里叶级数。因此，谐波可以分解成傅里叶级数。三、电力系统谐波的产生电力系统本身包含的能产生谐波电流的非线性元件主要是变压器的空载电流，交、直流换流站的晶闸管控制元件，晶闸管控

6、制的电容器、电抗器组等。但电力系统谐波更主要的来源是各种非线性负荷用户，如各种整流设备、电弧炉、轧钢机以及电气拖动设备。各种低压电器设备和家用电器所产生的谐波电流也能从低压侧馈入高压侧。对于这些设备，即使供给它理想的正弦波电压，它的电流也是非正弦的，即有谐波电流存在。其谐波含量取决于它本身的特性和工况，基本上与电力系统参数无关，因而可看作谐波恒流源。这些用电设备产生的谐波电流注入电力系统，使系统各处电压含有谐波分量。变压器的激磁回路也是非线性电路，也会产生谐波电流。荧光灯和家用电器单个容量不大，也能产生谐波，但数量很多且散布于各处，电力部门又难

7、以管理。3.1变压器和电抗器造成的谐波在电力系统中，变压器的总容量一般是发电机总容量的4倍左右或更多，因此它是电力系统普遍存在的谐波源。变压器和电抗器产生谐波的原因是铁磁饱和特性，而系统运行电压则是使变压器和电抗器铁心磁饱和的决定因素。在稳态工作时，这种由磁饱和引起的高次谐波一般很小，不会对系统的工作造成严重的危害。正常工作时，变压器空载激磁电流仅为额定工作电流的2%〜5%,饱和电抗器正常工作产生的高次谐波C由设计良好的滤波器滤除。但当变压器流过直流时，增加了变压器铁心的饱和程度，激磁电流显著加强。例如，一台额定电流为10~30A,只要2〜3A

8、的直流电流流过绕组，就可产生过热。在暂态过程中，铁心磁通或磁通密度的交变，往往偏向横坐标一侧，最大磁通或最大磁通密度比正常时成倍增加。由于磁饱和非线性