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电网谐波产生及抑制措施分析 　　摘要：研究分析谐波产生的原因，为抑制电力系统的谐波干扰提供好的检测方法，对提高电网运行质量、满足用户需求有着重要的实际意义。 　　关键词：电网谐波、电力电子、措施 　　中图分类号：U665.12文献标识码：A 文章编号： 　　随着电子工业技术的迅猛发展，各种电力电子装置在电力系统（铁磁性的电力变压器、电抗器等）、工业（电弧炼钢炉和电焊设备、电解设备等）、交通（电气化铁路）及家用电气设备等各种领域均得到广泛应用，电力系统中的非线性负荷明显增多，，由其产生的谐波和无功流入电网，致使电能的生产、传输和利用的效率降低，增大电网损耗，使电气设备过热，产生振动和噪声，并使设备绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。而且，谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。 　　谐波??会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱，对电力系统的安全稳定运行构成极大威胁。因此，研究分析谐波产生的原因，为抑制电力系统的谐波干扰提供好的检测方法，对提高电网运行质量、满足用户需求有着重要的实际意义。 　　一、谐波产生的原因 　　在电力系统中，电压和电流波形理论上应是工频下的正弦波，但实际的波形总有不同的非正弦畸变。从数学的角度分析，任何周期波形都可以被展为傅里叶级数，因此，对于周期T=2∏／ω的非正弦电压u(t)或电流i(t),在满足狄里赫利条件下可以展开成以下形式的傅里叶级数。即：. 　　 　　式中：clsin(ωt+θ1)为基波分量，cnsin(nωt+θn)为第n次谐波分量。可以看出，所谓谐波就是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。由于谐波的频率是基波频率整数倍，因此通常又被称为高次谐波。 　　公用电网中的谐波产生原因主要和以下两方面有关： 　　1、电源本身以及输配电系统产生的谐波。由于发电机三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致等制造和结构上的原因，使得电源在发出基波电势的同时也会产生谐波电势，但由于其值很小，一般在分析电力系统谐波问题时可以忽略。在输配电系统中主要是变压器产生谐波，由于其铁心饱和时，磁化曲线呈非线性特征，相当于非线性器件，饱和程度越深波形畸变也就越严重，再加上设计时出于经济性考虑，使磁性材料工作在磁化曲线的近饱和区段，从而产生谐波电流。电源和输配电系统虽然产生谐波，但这两方面产生的谐波所占的比例一般都很小。 　　2、电力系统负荷端大量的大功率换流设备和调压装置的广泛应用产生的谐波，如荧光灯、电弧炉、变频设备、家用电器等。这些用电设备具有非线性特征，即使供给的是标准的正弦波电压，也会产生谐波电流注入电网系统，给电网造成大量的谐波，甚至回因为参数配置问题使得局部区域产生放大，由用电设备产生的谐波所占比例很大，是电网主要的谐波源。 　　二、谐波对电力系统的危害 　　1、继电保护和自动装置受到谐波严重影响的条件 　　 使得继电保护和自动装置受到谐波严重影响的条件可以列出以下7条：（1）在电气设备近距离内设置大的谐波源；（2）安装地点存在谐波严重放大或接近谐波谐振条件；（3）装置的动作整定值很小，例如接在差动电路、零序电路或负序电路上；（4）装置的元件或动作原理对谐波敏感（如采用晶体管继电器、半波比相判断的方式、依靠检出过零点等等。（5）谐波损伤了装置的某个部分（如使动作接点粘连导致误动）；（6）安装地点的短路容量太小（如海上油井平台上、自备机组成孤立网运行）；（7）尚有不平衡负荷或涌流的基波负序电流，并且和谐波电流同时发生。其中第（1）和第（2）条之一是必须具备的。 　　2、高次谐波对各种类型继电保护的影响 　　（1）谐波对电磁型继电器的影响：①DL-11型电流继电器是常用的电流保护元件，在不同频率下其动作是反映通入电流有效值的平方，经试验，在不同频率下DL-11电流继电器其动作电流误差很小。显然，当继电器的电流含有谐波时，按基波整定的电磁型继电器在谐波作用下也能启动。②电磁型电压继电器的动作值与线圈匝数和阻抗分量有关；线圈匝数很多，阻抗分量很大，其阻抗看作为R+jωL。因对不同频率而言，ωL也不同，高次谐波使动作值增大的原因是线圈阻抗增大。当含有谐波的电压接入继电器时，动作值误差一般为正误差，低压继电器这时很容易动作。电磁型继电器的动作速度较慢，对定值误差也要求不高，在谐波含量小于10%时，谐波对其影响不太大，但是，在谐波含量很大并且各次谐波衰减又较慢的场合，电磁型继电器误动也会造成大的系统事故。 　　（2）谐波对整流型继电器的影响：整流型距离保护装置（如LH-21型）的振荡闭锁经常动作，产生这些现象的原因是利用负序滤波器将三相电流转变为单相电流（正比于负序电流），该滤波器由接在一相