[科普中国]-公用电网谐波

公用电网谐波是指公用电网中某些设备的非线性特性或负荷的非线性快速时变，即所加的电压与电流不成线性关系而造成的波形畸变。非线性负荷产生的谐波电流注入电网，使公用电网的电压波形产生畸变，严重地污染了电网的环境，威胁着电网中各种电气设备的安全经济运行。1

相关术语(1)公共连接点：用户接入公用电网的连接处。

(2)谐波测量点：对电网和用户的谐波进行测量之处。

(3)基波（分量）：对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到的频率与工频柑同的分量。

(4)谐波（分量）：对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到频率为基波频率大于1整数倍的分量。

(5)谐波次数（h）：谐波频率与基波频率的整数化。

(6)谐波含量（电压和电流）：从周期性交流量中减去基波分量后所得的量。

(7)谐波含有率（HR）：周期性交流量中含有的第h次谐波分量的均方根值与基波分量的均方根值之比（用百分数表示）。

(8)总谐波畸变率（THD）：周期性交流量中的谐波含量的均方根值与基波分量的均方根值之比（用百分数表示）。

(9)谐波源：向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备。

(10)短时间谐波：冲击持续时间不超过2s，且两次冲击之间的间隔时间不小于30s的电流所含有谐波及其引起的谐波电压。2

谐波危害高次谐波对电网的危害有以下几方面：

1．引起电网电压波形畸变

供电系统电网电压波形应为正弦波，由于谐波源向电网注入谐波电流，在电路阻抗上产生谐波电压降，与正弦波电压叠加，造成电网电压波形畸变，影响供电电能质量。

2．影响电力电容器正常运行

并联电容器的容抗与频率成正比。高次谐波的频率比基波大好几倍，因此并联电容器受谐波作用时，容抗大大下降，这就使电容器对谐波电压特别敏感。在高次谐波电压作用下电容器出现严重过电流，引起温升过高。有时甚至出现并联电流放大和串联电压谐振，烧坏设备。

3．影响其他电气设备的正常运行

高次谐波对电机也有影响，会引起旋转电机过热，影响发电机出力。有时还会引起、变压器等设备产生杂音和杂散磁通涡流过热。

4．对电子仪器和继电保护的正确工作造成影响

高次谐波对电子仪器和晶体管继电保护的工作特性造成影响，使误差增加，性能变坏，可能造成误判断、误动作。特别是对枢纽变电所的继电保护或铁路信号系统造成影响，一旦H{现误动作会造成严重后果。

5．对电力线路和通讯线路的影响

高次谐波电流流经输配电线路时，可能引起串联谐振，引起线路过电压。如果输配电线路与通信弱电线路并行，距离较近。则输配电线路中流过高次谐波电流时有可能对通信线路造成干扰，引起信号失真。3

测量方法(1)谐波电压(或电流)测量应选择在电网正常供电时可能出现的最小运行方式，且应在谐波源工作周期中产生的谐波量大的时段内进行（例如，电弧炼钢炉应在熔化期测量）。当测量点附近安装有电容器组时，应在电容器组的各种运行方式下进行测量。

(2)测量的谐波次数一般为第2到第19次，根据谐波源的特点或测试分析结果，可以适当变动谐波次数测量的范同。

(3)对于负荷变化快的谐波源（例如，炼钢电弧炉、晶闸管变流设备供电的轧机、电力机车等），测量的间隔时间不大于2min，测量次数应满足数理统计的要求，一般不少于30次；对于负荷变化慢的谐波源（例如，化工整流器、直流输电换流站等），测量间隔和持续时间不作规定。

(4)谐波测量的数据应取测量时段内各相实测量值的95%概率值中最大的一相值，作为判断谐波是否超过允许值的依据。对负荷变化慢的谐波源，可选五个接近的实测值，取其算术平均值。

为了方便、实用，实测值的95%概率值可按下述方法近似选取：将实测值按由大到小的次序排列，舍弃前面5%的大值，取剩余实测值中的最大值。4

抑制方法1．减少大功率静止变流器产生的谐波

对于大功率静止变流器，采取下列措施抑制谐波：

1)提高整流变压器二次侧的相数和增加变流器的脉动数。

2)使用多台相数相同的整流装置，使整流变压器的二次侧有适当的相角差。这是抑制高次谐波的基本和常用方法之一，其效果相当显著。

2．装设无源电力谐波滤波器

无源电力谐波滤波器由电力电容器、电抗器和电阻器按一定方式连接而成，一般有单调谐滤波器、双调谐滤波器和高通滤波器。

单调谐滤波器主要用来滤除较为严重的低频单次谐波。双调谐滤波器相当于两个并联的单调谐滤波器，它同时吸收两种频率的谐波。与两个单调谐滤波器相比，它减小了回路，基波损耗较小，但它结构复杂，调谐较困难，一般用在高压大容量装置中。高通滤波器有一阶减幅型、二阶减幅型、三阶减幅型和C型。一阶减幅型由于基波功率损耗太大，一般不采用；二阶减幅型的基波损耗较小，且阻抗频率特性较好，结构也简单，故工程上用得最多；三阶减幅型基波损耗更小，但特性不如二阶减幅型好，用得也不多；C型滤波器是一种新型的高通型式，特性介于二阶与三阶之间，基波损耗很小，只是它对工频偏差及元件参数变化较为敏感。

3．装设有源电力滤波器

前述的无源电力滤波器有不少缺点，例如：①有效材料消耗多，体积大；②滤波要求和无功功率补偿、调压要求有时难以协调；③滤波效果不够理想，只能做成对某几次谐波有滤波效果，而很可能对其他几次谐波有放大作用；④在某些条件下可能和系统发生谐振，引发事故；⑤当谐波源增大时，滤波器负担加重，可能因谐波过载不能运行。

随着电力电子技术的发展，人们开发了新型谐波抑制装置——有源电力滤波器，它以实时检测的谐波电流为补偿对象，具有良好的补偿效果和通用性。1

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所