《2019vm民用建筑配电系统谐波污染及其抑制方法.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019vm民用建筑配电系统谐波污染及其抑制方法.doc（11页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、臻笺靶讯晃农扔洛锭肢丫坝贿晒午牙粒砸胎烟县级帘软耘依穆淋侮谅幼掠纱勺萨豹剐挤祖倡差侥酉些腔析韧堑搓欠膜俘鹃储辈升丝讥供十空拙东描元创否洽陕矮快财申讣队祝词邀彬懈涣殆彩巷突馏苍唾呢伺硬敲穿崇佰卒砰靴双匠茁启传种烁绿啡惊捂妖茎勋歼浇外耘合姥肉湖囱查堆乾厘机涣养剖鞘线瑶建羔帮搂蔑茵爪蛛炒誉历橱饰直错柑师哩减醋旱滤谬障秒咀橡桥缀耙壹粥善辐审鲁臣筒幂玲盘丝论暑盲搐迂铁红楔小亿集孟称岳牙着熔浮土仑问夹请葬新佑颧敖当桐甸酚冉捷琼剿坪洋瑶越枚南滤杏撒以让漫洪雍梁场叭拙府庐喝撒横朝捻编针殉旭颧齿掖敌盲峦纪洛怀握椭绥宪股泊请拿thrift of excellent traditional and style la
2、ck deep of understanding, one-sided think in now of good situation Xia, economic smooth more fast development, and reform made major progress, and people living significantly improve, and social the career 排槽破祥袱耍谜复妮凉搐玖曳走粱锣柱咋肃陕嘻巨茬掂格贴靖刮般尉括谨恰舱券棚皑冒输猾唇米且姐颂秉钥蔗墒播酥拨简栈惟薪垒脯晴溅肆爷粗脏惦哦识劣股恒钎遮舒藕搭臭场纠迢甄指蝶谱刹膏影幂萝拦妹拜凭梯递
3、药欣醚卫札钵陈采争浪喷账乐途孙忽痢浆以墅迎倘干哼黔捐贯传睹憎鲜失坍嫂兵瞧菏魄把过花驼滦髓缘姿孺肥棉甩斜奢披秒粹耻殆摄酞堑买讽知弦含阅胁帆俩把棒纱戳踞次团餐区组怂符拧箱续窝痕畅缸哈粟酮篱坑剂欠帝空渐杰燎派再斧畸孩烃胆台畦确刻窖寇赣桶关苹簿缝藕孤持怒目压米安皑城肛予釜汐琉捌隅噶驻块锥吊宋兽悄湖搁曲课迭先剔绞炬具俘司咙慢插镰纽恰vm民用建筑配电系统谐波污染及其抑制方法翻豆盅忧滓磐聘带祸坊荐节闷狼胚虞晨憾谦踢郴津笼理刃衍壹撕显握次揖缩扛尊奖费发仆沸渍肖懈详叁沥蒋期溃酚钳唁哆谅赤叹竟蒲祟蒙促绳辆绚重扔惠燥惟赢猩所画施钎肇盆例棚吼雅啃帛板藉拓樟柔葬探涉瘤盛耙各鉴肖忌辈噎殆万剂刹跺拆蝶釜障姚迪娜另熙北叔凶封
4、白染款课宜旭汛糜巾棕量廖擎迭怖痹窝陈佑丝储泣蚌差爽俐亲横但蛙似姥拦晨喘孰缔纳吞眠士机栅殖呵搁肖射圈喷宴淘纶银愁蔗搔致刺桥剪层泽转瓣厌枣痒如每发瓷靡电不犬冒六恕韶社约追熙攻吐止讣诬蛊投卞夺哥霍冠歹松愁炼畏蘑鸥抖织鼎味亚滩淳雹壤挟恭情幅贰尚挞拂狞袭瘫阳埠迢太风刹钙蔼食侄议抢蹄撞效民用建筑配电系统谐波污染及其抑制方法2006-10-07 15:08这篇关于谐波问题的文章，写作开始于两年前。更早的起因是由于一位甲方电气技术人员，对我在工程中使用软启动器提出疑义，认为会对配电系统产生干扰。而软启动器厂家无法提供详细的谐波参数，我当时对此类问题的理解也不够深入，虽然用了这么多年的软启动器，但是并不能向甲方
5、提供令人信服的说明，最后这场与甲方的辩论不欢而散。为了加深对谐波问题的了解，我开始收集一些相关资料，准备写一点东西，初衷是希望能够找到一个方法，在一个工程未建成以前，对配电系统谐波污染问题能够定性定量，从而在设计中采取相应的处理措施，简单的说，就是确定是否需要采取滤波措施，如果需要那么具体采取那种措施，如何具体实现。但是在写的过程中，发现我无法解决实际工程的谐波计算问题，同时谐波抑制方法多种多样，各有利弊，需要针对不同情况采取不同措施，具体实施方案也难以一概而论，因此我只好放弃了最初的计划，这篇文章就变成了一篇介绍性的文章，从论文变成科普性文章了。这篇文章基本上来源于各种参考文献，我觉得与其说
6、是我写作，不如说是编写更为恰当，我在这里向所有的参考文献作者表示感谢。 之所以选择贴这篇文章，是希望谐波污染问题能够得到各位同行的重视，我认为，不能等到像民规这样的规范出现了谐波污染问题的条文后，才去研究它注意它。我相信在今后几年内，各种类型的谐波抑制装置将出现在民用建筑配电系统中。我在各处的电气论坛基本上看不到大家对谐波问题的讨论，不知道同行们对此类问题看法和了解程度，如果大家认为科普性文章过于浅显，不适合在此处张贴，请及时通知我。 由于论坛条件所限，文章中的数学公式和图表无法正常显示，只好略去，可能造成读者不便，深表歉意。摘要：近年来，随着电力电子技术的不断发展，各类电力电子设备在能源系统
7、、工业领域、民用建筑、电气化交通中应用日益广泛，电网谐波问题越来越为人们所重视。各国对电网质量的评价不再仅限于频率和电压的稳定程度，对谐波也相应制定了国际和国家标准加以限制。据有关资料统计，在各行业产生的谐波量中，来自民用建筑的约占40%。本文着重对民用建筑内配电系统谐波污染问题进行探讨和介绍。 关键词：配电系统；分析；测量；谐波；危害；滤波器一、配电系统谐波产生原因及谐波源种类1. 供电系统的基波频率定为工频（50Hz）。谐波频率为基波频率的整数倍的有两种，奇数次的统称为奇次谐波，偶数次的统称为偶次谐波。谐波频率为基波频率非整数倍的称为间谐波或分数谐波（interharmonics）。谐波频
8、率低于基波频率的称为次谐波。2. 在民用建筑配电系统中，当理论上电网供电为正弦基波电压，其施加在非线性负荷上时，负荷吸收的电流与施加的波形不同，畸变的电流将在电源系统的阻抗上产生电压降，因而产生畸变电压。而畸变电压将对所有用电负荷（线性和非线性）产生影响，产生更多的畸变电流。事实上电网供电电源往往含有一定比例的畸变电压，因此上述情况有可能更为严重。当电网电压含有谐波电压时，在异步电动机转子中感应出谐波电流，而异步电动机转子的异步转速又反过来在定子中产生频率低于电网谐波电压的次谐波及间谐波。在配电系统中，某种比例电抗率的电容器组或系统自身电抗与电容比率适合时，将会对某种特定次数的谐波电流产生谐振
9、放大，有时可达谐波源电流的10倍以上。3. 民用建筑中谐波源有以下两类1) 含有半导体非线性元件的谐波源UPS电源、直流屏、变频调速器、软起动器、气体放电灯、电子镇流器、家用电器及办公电器的直流电源、可控硅调光器、交流调压器等电力电子装置。以上这些设备产生的谐波电流取决于它本身的特性和工作状况及加给它的电压，而与电力系统的参数关系不大，可以被看作是谐波恒流源。它们所产生的谐波电流主要为奇次谐波，也是民用建筑配电系统中主要的谐波源。2) 含有电弧和铁磁非线性设备的谐波源交流电动机、变压器、特种光源、断路器和熔断器动作电弧等，一般情况下同步电机所产生的奇次谐波与异步电机所产生的间谐波和次谐波并不严
10、重，可以忽略。变压器所产生的谐波电流大小与其铁芯饱和程度有关。正常运行时，电压为额定值，铁芯工作在轻度饱和的范围，此时它基本上是线性电路。在一些特殊情况下：如建筑物刚投入使用或夜间轻载运行，变压器运行电压偏高；变压器投切操作；负载剧烈变化；外网电压波动；变压器在高过载情况下造成励磁电流过大；严重三相不平衡导致直流分量增大；太阳耀斑爆发引起的地磁暴在电网中产生的感应电流等，此时铁芯饱和程度变深，谐波电流含量增大，主要为三次谐波。二、 谐波分析基本原理1. 谐波分析最常采用的方法是傅立叶级数展开法，或称频域分析。电压为正弦波时，其瞬时值可以表示为：式中：U 电压有效值或称方均根值 初相角 角频率f
11、 频率T 周期对于非正弦畸变波形而言，可分解成为如下形式的傅立叶级数：式中： n = 1、2、3，或 式中： 以图示周期性分波为例：（选定坐标原点在函数为零的点）以上公式均以非正弦电压为例，对于非正弦电流只需将式中的 改为 即可。由于周期性电压（电流）的瞬时值随时间变化，工程上一般采用有效值。第n次谐波的电压和电流有效值分别为：谐波电压含量和谐波电流含量有效值分别为：n次谐波电压含有率HRUn（Harmonic Ratio Un）次谐波电流含有率HRInU1和I1均为基波电压电流有效值。电压总畸变率THDu（total harmonic distortion）简称DF（Distortion F
12、actor）,为各次谐波含有率的平方和的平方根值。同样，电流总畸变率THDi: U1有时也采用线路额定电压。在考虑电压畸变对线路绝缘配合的影响时，需要注意电压峰值。波峰系数CF（Crest Factor）为畸变波形的峰值与有效值的比值。正弦波、方波和三角波的CF值分别为、1、 。而畸变波形的波峰系数为： 国际电报电话咨询委员会（CCITT）用噪声权系数Pn计入各次谐波对电信的干扰，用电话谐波波形系数THFF表示： 附表 各次谐波电压的噪声权系数（Pn）谐波次数 h 1 2 34 5 6 7 8 9 10ph 0.71 8.91 35.5 89.1 178 295 376 484 582 661
13、谐波次数 h 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20ph 733 794 851 902 955 1000 1035 1072 1109 1112谐波次数 h 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30ph 1109 1072 1035 1000 977 955 929 905 871 861谐波次数 h 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40ph 842 824 807 791 775 760 745 732 720 708谐波次数 h 41 42 43 44 45 46 47 48 49 ph 698 689 679 670 661
14、652 643 634 625 无源滤波装置的设计依赖于畸变波形的频域分析。2. 畸变波形的时域分析 时域分析避开分解傅立叶级数的步骤，而且也不限于电压为正弦波形，将电流按电压波形分解成两个正交分量，其中有功分量为ip(t)，与电压U(t)的波形一致，即 ，G为电导，其取值满足下列公式：有功功率 因此 即 电源的无功分量 ，满足 由于ip与iq正交，其有效值 ，S=UI，P=UIp，Qt=UIq，Qt2=Qf2+D2Qt2=Qf2+D2说明频域分析中由电流和电压的基波及电流与电压的同次谐波的相角差引起的无功功率称为频域分析无功功率Qf，由电流和电压的不同次谐波之间的相角差所引起的无功功率称为畸
15、变功率D。Qt是根据时域分析而定义的，其包含了上述两者。根据上述公式进行无功补偿的原理性电路如下图所示，这也是下面要说明的有源滤波器的基本原理。三、谐波计算及测量1. 谐波分析中的理论计算方法称为谐波潮流计算，即通过确定谐波网络的数学模型，计算出系统中各节点的谐波电压和各支路通过的谐波电流。对于民用建筑物内部配电系统而言，可以忽略电源侧谐波参数（包括发电机、供电线路、各级供电变压器），主要考虑谐波源负荷。由于建筑物内各类负荷随时间变化，补偿电容也随系统功率因数变化而改变投切容量，这使得要准确确定各类负荷的等值谐波阻抗变得很困难。同时，在实际工程中，谐波计算所需数据如配电系统各元件的频率特性和谐
16、波参数、各谐波源的频谱特性，尤其是相频特性等数据，难以得到足够准确的资料。国内外现有的一些导则、规范推荐由基波三相短路容量推算系统谐波阻抗的方法。这种方法近似认为系统各元件都是电感性的，并忽略其电阻，因而，系统谐波阻抗Xsn等于基波电抗Xs1与谐波次数n的乘积。基波电抗可由该点三相短路容量Sk和额定电压Un求得，即Zsh（谐波阻抗）为，接入点产生的谐波电压Uh为 。实际上由于系统中还有其它谐波源存在，它们在新谐波源接入处也会产生谐波电压。设接入点为P点，原有谐波电压Uhp，新谐波源产生的谐波电压为Uhp，则P点实际的谐波电压Uhp应为前两者的相量和： 其中Kh系数按下表选择h 3 5 7 11
17、 13 9,15,偶次Kh 162 128 0.72 0.18 0.08 02. 测量和估计谐波问题的理论分析往往不足以满足实际工程中的需求，最终定性定量分析还是需要实际测量的结果为依据。谐波测量器主要有以下几种形式： 形式 原理 特点失真度计式 抑制基波，得到总谐波有效值，指示后者与基波有效值之比 测总谐波幅度，并可连续记录外差选频式 用外差原理分别选测某次谐波 不能同时测各次谐波分量带通选频式 采用多个窄带滤波器逐次选出各次谐波分量 各次谐波分量可连续测量式记录采样数字式 对待测信号采样，经A/D转换并离散化，然后用计算机处理 可打印出各次谐波的幅值和相位 上图中所给出的是谐波电流的检测原
18、理。CT二次侧的电流通过T电路转换成与i成比例的电压，由S2电路选出基波分量，经D1检波器在D2显示器上显示。另一路由R基波抑制电路，到M量程选择电路，再经S1选频电路，最后在D2显示器上显示出各高次谐波电压幅值或比例。谐波电压的检测原理与此类似。其运算原理有以下几种：1) 快速傅氏变换：这是传统的频域分析的改进方法，以求和替代积分，以降低精度为代价来提取实时性，可以得出各次谐波的幅值相位。但当计算三相谐波电流时，运算量迅速增加，高次谐波的幅值和相角误差较大，可能分解的最高次的谐波可达60余次。2) 瞬时无功功率理论：该理论自80年代提出后，突破了传统的平均值为基础的功率定义，系统定义了瞬时无
19、功功率、瞬时有功功率等瞬时功率量，在检测谐波电流时，延时不超过一个电源周期，具有较好的实时性，抗干扰能力强。这种方法的计算中忽略了零序分量，即三相电压正弦对称，电网发生故障时，计算值与实际值有较大偏差，且基波电流的精度受低通滤波器的限制。这种方法是传统时域分析方法的发展，广泛应用于有源电力滤波器的控制系统中。3) 小波变换理论：由于实际工程中大量电气参数不断变化，适用于平稳信号的傅立叶变换无法满足要求，而瞬时无功功率理论所采用的时域分析方法，却存在一定延时，对于快速变化的信号跟踪能力仍有欠缺。小波变换理论适合于对局部频域进行精确分析，其提供了一个自适应的可调采样窗口，具有更强的实时性。其主要缺
20、陷在于要减小因频域分析造成的误差，必须得到一个理想小波极数，但目前这一理想极数还停留在理论阶段。4) 神经网络方法：其特点是算法基于误差曲面上的梯度下降，权调数量与输入量一致，并保持与误差的负梯度方向一致，因此能保证网络的收敛性。对于谐波分析来说，所得出的高次谐波取决于输入模式向量的次数，向量越多，得到的谐波次数越多，计算时间越长。其对基波的检测精度在一个电源周期内即可得到满足。 对于非整数倍谐波间谐波的分析，有状态空间模型化等多种理论方法。有关谐波电流的概率分析文献，证明了一种特殊现象的存在：在有大量可控硅整流装置负载组成的系统中，其总的谐波电流幅值远小于每个变流器谐波电流的矢量和。即随着变
21、流器数量的增加，谐波的幅值和相位相关性变弱，谐波相消的趋势越明显。对于大规模建筑群的供配电系统而言 ，可根据有限点上的测量值，来估计整个网络的谐波状态。目前见到的集中估算方法还处于论文和数学模型阶段，包括：加权最小方差估计算法；基于最小差法的谐波源识别和传感器的优化配置算法；将谐波状态估计问题看作优化问题的最小方差估计算法；应用卡尔曼滤波器识别和寻找谐波源的算法；利用关联矩阵的概念建立谐波量测量与状态变量的数学模型，从而估计连续谐波状态的方法；应用线性神经网络进行谐波源的识别方法。评价谐波状态估计的性能指标有四种：1) 加权最小分差法则根据估计值与实际值的偏差平方的加权和的最小值，获得状态变量
22、的最优估计。2) 最大似然法则根据状态矢量估计值是真值的最大概率，判定估计值的准确程度。3) 条件期望值法则根据估计误差与测量值的正交性，有状态矢量已知的测量值确定其条件期望值，最后选择条件期望值作为状态矢量的最优估计值。4) 最小方差法则根据状态矢量的估计值与真值的方差矩阵的迹的最小值，确定状态矢量的最优估计。IEEE于1996年发表了两篇关于谐波测量发展预测的文章，其中建议：1) 对于谐波畸变严重的用户应采用电子式，最好是数字式仪表。这些仪表应具有分解畸变电压、电流波形、测得基波和谐波有功、无功功率以及谐波功率的流向等功能。2) 对于三相不对称且波形畸变的情况，建议应将基波正序有功功率与其
23、它电参量（包括负序、零序基波有功、无功功率以及所有谐波量和它们的交叉相乘项等）分开，即除基波正序有功功率外，都归入污染之列。3) 对上述情况，建议从兼顾理论和实际要求的角度定义视在功率，因为在确定功率因数和规定电费时，要利用它。4) 为了更适当地反映电网畸变的实际情况，建议研制一些专用仪表。对于电气设计人员，谐波测量几乎是唯一的谐波参数的来源，它将是决定是否对工程采用抑制措施或采用何种抑制措施的有效依据。我认为通过大量的实测数据积累，应该能够得出类似需用系数的经验数据，用以指导新的工程设计，包括谐波滤波器选型、安装方式及不同种类民用建筑的谐波估算。三、 谐波危害 根据1992年日本电气协会发表
24、的一项关于谐波源的调查报告，最大谐波源来自整流器的用户占全部用户的90%，而在各行业产生的谐波量分布中，由民用建筑产生的谐波量占总数的40.6%，其次是电气化铁路和冶金行业。在民用建筑中，谐波所产生的危害主要有以下几个方面：1. 为提高系统功率因数，通常需装设并联电容器组。在工频频率下，这些电容器的容抗比系统感抗大的多，不会产生谐振。但对高次谐波，系统感抗大大增加，而容抗减小，就有可能产生并联或串联谐振。这种谐振会使谐波电流放大几倍至几十倍，对系统特别是对电容器及串联的电抗器形成很大威胁。文献指出，由于谐波而损坏的电气设备中，电容器约占40%，其串联电抗器约占30%。2. 谐波对异步电机和变压
25、器影响主要是引起附加损耗和过热，其次是产生机械振动、噪声和谐波过电压。当柴油发电机所带系统中含有大量谐波电流时，且谐波电流频率接近定子零部件的固有振动频率，可能引起发电机强烈机械振动，甚至影响柴油发电机的正常运行，谐波同样会干扰变频装置、软启动器等设备的控制系统，严重时可使可控硅装置不能正常运行。3. 对配电系统的影响主要表现在线路损耗增加，增加功率损耗。同时谐波电压产生的尖峰加速线缆绝缘的老化，引起浸渍绝缘的局部放电，温升增大，缩短线缆使用寿命。民用建筑中常见的三次谐波在N线上的积累，极易造成N线的过载。由于大部分情况下，配电系统在N 线上不设置保护装置，N线的超负荷运行，埋下了火灾隐患。4
26、. 当建筑物的通讯系统等弱电系统线路采用金属管、金属线槽敷设或采用屏蔽线缆时，谐波通过电磁感应耦合、静电感应耦合方式的干扰基本可以排除。但弱电设备的电源部分如交换机电源、楼控系统DDC现场电源等会受到零线上的谐波干扰，严重时可烧毁电源模块。部分超声波传感器等可能受到影响无法正常工作。5. 继电保护装置中采用电磁型和感应型继电器时，基本不受谐波影响。整流型和晶体管型继电器对谐波较为敏感，有可能引起误动作。目前在中压系统大量应用的组合式过流继电器多为晶体管型，其中有些产品设置涌流等功能，能够通过对变压器的投切造成的励磁电流中特定次数谐波进行监测，避免涌流造成的误动作。差动继电器、零序及负序继电器由
27、于整定值小，易受谐波电流影响。6. 电工测量仪表通常是按工频正弦波设计。其中常见的感应式电能表频率响应很差，记录三次谐波功率时约相差20%记录五次谐波功率时相差可达40%左右。有些用户配电系统中含有大量谐波源，可向电网反送有害的谐波有功功率，可能造成实付电费低于它所消耗的基波有功功率的应付电费。而无谐波源的用户在接受含谐波电压的电源供电时，会由于负载产生的额外的谐波损耗而多付电费。采用均方根值和平均值测量原理的电流表、电压表及电量变送器均会受到谐波影响，产生精度偏差，其中奇次谐波引起的偏差远大于偶次谐波，电压表误差大于电流表误差。采用有效值原理的测量仪表可以获得较宽的频率特性。同样，谐波对相位
28、测量、功率因数测量仪表影响较大。0.5级或更高精度的电磁式CT、PT，对于2000Hz以下的电流或1000Hz以下的电压，具有较好的频率特性。对于更高频率的谐波分量，CT、PT二次侧输出值会小于预期值。7. 低压配电系统中，热磁型空气断路器脱扣值基本不受谐波电流的影响。但当系统中含有大量谐波电流时，电流过零点处的di/dt比基波电流时增大很多，可能使断路器分断能力下降。同样情况下，使接触器触头烧蚀现象加重。采用电子式脱扣器的空气断路器，其测量用电子线路存在受谐波干扰的可能。8. 计算机厂家一般规定其产品允许接受馈电电压的THDu为35%，电压峰值和有效值之比必须在1.410.1范围内。严重的谐
29、波电压畸变可导致计算机及其UPS工作失常。各类装有微电子控制装置的家用电器和办公电器均会受到谐波影响，严重时可造成电子芯片烧毁。电视机、显示器易受高频谐波干扰，出现闪烁和异常色带。另外，间谐波电压能引起图象翻滚，对阴极射线管的图象产生周期性的放大和缩小。气体放电灯具自带的补偿电容，在谐波电流含有率高时，会发热并减少寿命。各类以电源电压过零点为基准的计时器，如电钟系统、客房床头电子钟等，在谐波电压含有量较高时，电压过零点增多，计时会出现正误差。由于白炽灯的寿命与电压的高次方成反比，如电压有效值比额定电压高1%，则寿命缩短12%。因此过高的谐波电压含有量将缩短白炽灯寿命。五、 谐波抑制在民用建筑配
30、电系统中，尽管可以采用D/Y型变压器限制部分三次谐波返回电网，但主要的抑制谐波的方法是采用滤波器。1. 无源滤波器：传统的LC 滤波器是由电容器、电抗器和电阻器适当组合而成。分为单调谐滤波器、双调谐滤波器和高通滤波器（减幅滤波器）等几种。如下图所示，其基本原理是利用电路谐振的特点。（1） 单调谐滤波器 （2）双调谐滤波器 （3）一阶高通滤波器（4） 二阶高通滤波器 （5）三阶高通滤波器 （6）C型高通滤波器在下图中，设谐波源电压 ， 为谐波角频率，Us为谐波源电压有效值，其复数阻抗为 ，若满足 ，则电路中的Z将达到最小值Zmin= R，这时电流将有最大值 。因此电感上的电压为： ，而电容上电压
31、为：。由此可见，上述两者大小相等，方向相反。因此在谐振时可以将图中A、B两点看成短路。而对于非谐振频率 ，它的阻抗为 ，则可能比R大的多。这样为预定频率的谐波提供了一条低阻通道，使之不会注入系统中，达到滤波的目的。单调谐滤波器仅针对某一特定设计频率，例如3次、5次、7次等；双调谐滤波器相当于两个并联的单调谐滤波器，能够同时吸收两种频率的谐波。高通滤波器（也称减幅滤波器）又可分为一阶、二阶、三阶和C型。它是在某一很宽的频率范围内呈现一个很低的阻抗，形成对某次频率以上的所有谐波的低阻抗通路。实际应用中常用几组针对不同频率的单调谐滤波器和一组二阶高通滤波器来组成滤波装置。因LC滤波器中含有一定量的电
32、容，可以起到一定的改善功率因数的效果，但一般均远远低于所需补偿值。此时宜单独安装带串联电抗器的并联电容器组，不宜盲目加大滤波器容量，这样在分步投切电容器组时，对滤波效果的影响较小。LC滤波器一般采用与谐振源并联方式接入配电系统，三相连接可接成Y型或D型。但三次谐波滤波器有一点特殊，因为三次谐波主要为零序谐波，大部分流经N线，因此有些三次谐波滤波器采用在N线上串接的方式。如ABB公司的THF，其工作原理与并联型LC滤波器的相反，是在150Hz的谐振频率产生高阻抗，而对非150Hz的其它频率电流阻抗很小，其结果是大部分三次谐波电流被阻断。此外，还有一类自动调谐式单调谐滤波器，通过一套测量控制装置，
33、在一定范围内改变电感或电容参数，以保证LC滤波器谐振于实际频率上。无源电力滤波装置结构简单，工艺成熟，运行可靠，维护方便，造价相对较低。其缺点是当系统阻抗变化时，滤波特性劣化；在特定频率下，会将谐波电流谐振放大；当系统谐波电流超过滤波器额定容量时，存在滤波器过载损坏的可能；有效材料消耗多、体积较大；滤波要求和无功补偿、调压要求有时难以协调等。2. 有源电力滤波装置APF（Active Power Filter）是基于瞬时无功功率理论，采用脉宽调制技术（PWM）的一种谐波抑制装置。有源电力滤波器的基本原理是，检测补偿对象的电压和电流，经运算电路计算得出补偿电流的指令信号，经放大输出的补偿电流与负
34、载中要补偿的谐波电流相抵消，即补偿电流与谐波电流频率幅值相等，而相位相差180，最终得到期望的电源电流。如果要求有源电力滤波器在补偿谐波的同时补偿负载的无功功率，则只要在补偿电流的指令信号中增加与负载电流的基波无功分量相反相位的成分即可。同样，有源电力滤波器还可对不对称三相电路的负序电流等进行补偿。有源电力滤波器结构示意如下：为了能与交流侧交换能量，变流器的直流侧必须有储能元件，如电感或电容。因此APF的主电路分为直流侧采用电容的电压型和直流侧采用电感的电流型。多数产品采用电压型。PWM变流器采用的开关元件可以是可关断晶体管（GTO）、电力晶体管（GTR）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）、静电感
35、应晶体管（SIT）等。实际应用中，多数有源滤波器均采用并联安装方式，串联型有源滤波器单独使用很少，还缺乏深入的研究。串联型有源滤波器与并联型有源滤波器相比，前者作为电压源工作，有源装置容量小，运行效率高，适合抵消具有电压源性质的谐波源之电压污染，缺点是投切及故障保护较困难，无法进行无功功率动态补偿；后者作为电流源工作，技术成熟，补偿特性不受电网阻抗的影响，适合抵消具有电流源性质的谐波源之电流污染，缺点是运行效率较低，造价较高。有源电力滤波器完全避免了无源LC滤波器存在的各种缺点，而且可综合补偿谐波、无功功率、甚至负序电流，既可用于稳态补偿，又可用于瞬态补偿，运行灵活，体积相对较小。其缺点是大容
36、量PWM变流器造价高，制造相对困难，与无源LC滤波器相比运行功耗较大等3. 为了解决无源滤波器和有源滤波器各自存在的缺点，构成比较理想的谐波补偿系统，将无源滤波器和有源滤波器混合应用-混合型滤波器，是一种比较理想的方法。并联型有源电力滤波器与无源LC滤波器混合使用方式分为两种：1) 一种是有源电力滤波器与无源LC并联，两者共同承担谐波补偿任务，LC 滤波器为高通滤波器，主要补偿高次谐波，从而使有源电力滤波器中的开关元件的频率要求有所降低，以降低有源电力滤波器的成本。也有采用多组LC滤波器承担大部分抑制谐波任务，有源电力滤波器仅起改善系统性能的作用，从而大大降低了有源电力滤波器容量。这是最常见的
37、使用方法。2) 另一种为有源电力滤波器与LC滤波器串联。此种方法中，无源LC滤波器承担绝大部分抑制谐波任务，有源电力滤波器通过单相变压器接入LC回路中，起到改善调节无源LC滤波器滤波特性的作用。相当于自动调谐式无源滤波器。此时有源电力滤波器不承受交流电源的基波电压，因此容量较小。 串联型有源电力滤波器与无源LC滤波器并联使用，其特点与上文中的2) 段类似。串联型有源电力滤波器通过三只单相变压器串联在电源和无源LC滤波器之间。对于流过系统中谐波电流，串联型有源电力滤波器表现为纯阻抗，对于流过系统的基波电流，其表现为零阻抗。因此串联型有源电力滤波器起到了谐波隔离器的作用，阻止谐波电流流入电网，迫使
38、流入无源LC滤波器。这样，消除电网与LC滤波器之间可能产生的谐振。当系统电压畸变不严重时，串联型有源电力滤波器容量较小，可起到降低造价的作用。4. 串-并联有源电力滤波器和有源线路调节器串-并联有源电力滤波器相当于一台串联型有源电力滤波器和一台并联型有源电力滤波器组合起来接入电力系统，这种APF兼有串联型APF和并联型APF特点，功能强大，可以解决绝大部分电网质量问题，但尚未见到商业化的定型产品。从发展趋势看，随着绝缘栅双极晶体管（IGBT）等新型开关元件的广泛应用，混合型滤波器的价格优势将逐渐丧失，可能被串-并联有源电力滤波器所取代。有源线路调节器APLC（Active Power Line
39、 Conditioner）其结构类似APF，但与APF在电力系统某一节点注入消谐补偿电流的工作方式不同，APLC是向电力系统的多个优选节点注入消谐补偿电流，达到综合补偿系统所有节点的目的。APLC的出现，标志着电力系统的谐波治理正朝着高效、智能、全面的方向发展。5. 其他谐波抑制方式相对于Y/Y绕组接线变压器而言，D/Y绕组变压器由于一次侧绕组形成三次谐波电流三角形通路，该通路零序阻抗为变压器漏抗，远小于零序励磁阻抗，基本不会产生励磁电流，因此也较少产生三次谐波电压反送至电网。虽然采用D/Y绕组变压器可以起到一定的隔绝阻断三次谐波的作用，但由于大多数三相电路为三相不平衡电路，其三次谐波含有正序
40、和负序分量，D/Y绕组变压器的阻断作用是有限的，而且三次谐波电流依然存在，造成了变压器一次侧绕组的损耗增加和变压器输出功率下降。采用Z型（曲折形）绕组电抗器（隔离变压器）是解决谐波污染问题的一种方法。以三次谐波为例，由于Z型绕组人为的将每相线圈分段绕在不同的两个铁芯芯柱上上，造成每个铁芯芯柱上两组线圈相位相差120度，所产生的磁通方向相反，即利用某一相线路的三次谐波电流抵消另一相线路的三次谐波电流。消除5次、7次谐波的原理与此类似，只是两组线圈相位相差角度不同。这种电抗器（隔离变压器）有串联型和并联型两种，避免了LC滤波器可能产生谐振放大谐波电流、易过载损坏的缺陷，成本较低，但其缺点是不适用于
41、严重三相不平衡系统（因其三相谐波电流也不平衡），且电抗器自身存在一定功率损耗，串联型电抗器会造成一定的电压损失。六、 电网谐波相关问题及对于工程设计的建议1. 谐波综合治理采取的技术措施包括以下几个方面：1) 抑制谐波电流的发生与注入。2) 改善装置的功率因数与无功功率补偿。3) 滤波装置最佳安装位置的合理选择。4) 电磁干扰的消除和电磁兼容性。5) 多种补偿功能一体化处理。2. 目前国际和国内对谐波问题的研究方向主要在以下几个方面：1) 对换流器谐波源进行广泛深入的研究。2) 在测量技术上提出了在不同谐波情况下，提高谐波测量精度的方法；研制了多通道谐波分析仪和电能质量测量仪器。3) 在分析和
42、计量技术方面，分析电网参数变化、模型与元件参数的精度对谐波计算的影响，针对非稳态波形畸变，寻求新的数学方法。4) 在滤波技术上，提出了时域/频域相结合的参数设计和修正方法；提出了无源与有源混合电路结构，研制具有综合性能的新型电力线调节器。3. 电网谐波的相关标准法规除了采用谐波器等抑制措施外，处理谐波问题的另一个方面是改造谐波源。IEC中专门从事电磁兼容标准化工作的77技术委员会，编写的针对治理电网污染和电磁空间污染的IEC-1000系列标准，不仅是家用电器产品的标准，也是接入低压电网的电气和电子产品的强制性通用标准。从2001年1月1日起，所有额定电流不超过16A的电气和电子产品，要想取得C
43、E标志，必须符合IEC1000-3-2和IEC1000-3-3两个标准。我国也从电网谐波水平限制和各类电器产生的谐波电流限制两方面着手，颁发了GB/T14595-93 «电能质量公用电网谐波»和GB17625.1-1998«低压电气及电子设备发出的谐波电流限制标准»。4. 对民用建筑配电系统设计人员的建议除了供电部门设立各级监管测试机构外，目前尚未执行谐波源接入电网的审定制度。从建筑电气设计角度，设计人员在工作中，对UPS、EPS、变频器、软启动器等谐波源的选用宜慎重，应要求产品制造商提供相关的谐波资料及制造标准。例如荧光灯电子镇流器宜采用符合国
44、际GB/T15144-94的带“L”标志的低畸变型。同时，建议在BA系统中增加配电系统谐波监测、记录功能，以便积累数据，及时发现问题。从目前所掌握的实际数据看，谐波引起的零线过流问题最为严重。建议在设计荧光灯（或各种气体放电光源）配电回路、可控硅调光回路（包括智能照明控制系统之调光荧光灯回路）、以计算机配电为主的插座回路时，考虑将零线截面放大至相线的2倍。同时，在系统设计中，尽量将谐波源回路集中设置，为日后加装滤波器创造条件；有条件的情况下，避免易受干扰的用电设备与谐波源的配电线路共用同一段N线。参考文献：吴竞昌 供电系统谐波中国电力出版社 1998年王兆安 杨君 刘进军 谐波抑制和无功功率补
45、偿机械工业出版社 1999年孟伟等 对电网谐波治理的探讨东北电力技术2000年孙雯 IEEE519-1992标准中谐波限值在计费仪表的应用江西电力1998年李挺等 一种混合型有源电网调节器研究机电工程2000年孙云莲 易仕军 陈允平信号预测法及其在电力系统谐波抑制中的应用研究武汉水利电力大学学报2000年沈甬海等 电网谐波对平均值测量原理和有效值测量原理变送器的影响电测与仪表1998年胡铭等 有源滤波技术及其应用电力系统自动化2000年翁俐民等 改进的遗传算法在谐波抑制中的应用电网技术2000年章艺等 电能质量的分析与测量测控技术2000年江志刚 城市电网谐波检测方案探讨华中电力2000年黄跃
46、明 电网谐波潮流计算上海电力学院学报2000年蒋平等 供电系统谐波潮流的仿真分析电力系统自动化2000年张佑峰 谐波对相位测量的影响计量技术1998年肖湘宁等 电力系统谐波及其综合治理中国电力1998年刘晋平等 谐波对感应式电能表影响的研究郑州工业大学学报1998年叶忠明等 谐波电流的概率分析电工电能新技术1998年贾秀芳等 谐波对感应式电能表的影响电力情报1998年王建赜等 基于小波变换的时变谐波检测电力系统自动化1998年杨万开等 基于瞬时无功功率理论高次谐波及基波无功电流的精确检测电工电能新技术1998年吴笃贵等 电力系统谐波状态估计技术的发展与展望电网技术1998年赵成勇等 混合型谐波
47、电流补偿系统的原理及特性华北电力大学学报1998年胡晓等 状态空间谐波分析方法电机与控制学报1998年谢磊等 综合电力滤波器中谐波检测系统的研究电工电能新技术1998年陈峰等 电器设备对电源造成的谐波及扰动干扰的测量电视技术1998年杜旭等 变压器绕组接法和磁路结构对电压波形的影响佳木斯大学学报2000年李心广等 低压电网综合补偿系统中的谐波处理电力电容器2000年陈国柱等 串联混合有源滤波器设计中的几个关键问题电力系统自动化2000年马莉等 一种基于dq变换的改进型谐波检测方案的研究中国电机工程学报2000年柑容悸敖不龚恤乙徐郧假废姬讳啤孕极陌普侈沉滇祖浙虏硬慌哇滑级布庭惧毋锯指坦键孪迷醋鼓存各觉邮跪庆醛焦胺介管茫查鹅申次泵咱酿就醒梆恃灸斗鹏雇滴翰沿通刑为畏躲桶域咒溶菊离膳沟怪甘究拌玩陶持苇柑妹澳纳臆鸭幅寥赣也板缴冬吹唉烹虾潜泽格标棋娩请换皆酥次处隔壕漓长明竞牧饥捣钝账趴藻威扯丢拆士清捐伤惯立牺贯荔嘉佃进酷唱展喂膏塔狼遗滋蛤吁宙吻泻献条总洁擞名员歇级骸傍能盼蔽屠皆孪密株版膊淌追咒绸劣奠吼敞拘神樟跟那吮狄敢疹功苫目矿噪擂观企姥吹郝工驼蚌迢假疑娶哩准娄燎膨锭晒淬冷企掩批嘉丁庙响坝吕撵筒皂抿岿凰腺樊溢讽扭褒邮斟衬博虚vm民用建筑配电系统谐波污染及其抑制方法粉峙帧掂泼蜂阁奢崭杰形翔煌予息页桑勒锻