高次谐波危害及一种有效的谐波抑制方案分析

在电力电网中，存在大量非线性负载,引起电网电流波形不再是正弦波。这一非正弦波可用傅里叶级数分解成为一个直流量，基波正弦量和一系列频率为基波频率整数倍的高次谐波正弦分量之和。对目前三相交流发电机组发出的电压而言，认为基波为正弦波，即波形中基本无直流量和高次谐波分量。但由于电力系统中存在着各式各样的谐波源，使得高次谐波的干扰成了当前电力系统中影响电能质量的一大“公害”，各国对电力电网电压正弦波形畸变的极限值都有明确的规定，要求用户对接入电网的设备产生的谐波应采取一定措施，进行抑制。

1高次谐波产生的原因及其对电网的危害

高次谐波产生的原因主要是由于电力系统中存在非性线元件及负载产生的。如：电容性负载、感性负载及开关变流设备，诸如计算机及外设、电动机、整流装置等。由于其为储能元件或变流装置，故使电压、电流波形发生畸变，见图1。

图1带有非线性负载时的电流波形

高次谐波电流通过变压器，可使变压器的铁芯损耗明显增加，从而变压器出现过热，效率降低，缩短变压器的寿命。高次谐波对电网的影响也是如此，电缆内耗加大，电缆发热，缩短电缆的使用寿命；对电动机影响更大，不仅损耗增加，还会使电动机转子振动；而高次谐波对电容的影响更为突出，含有高次谐波的电压加至电容两端时，由于电容器对高次谐波的阻抗很小，所以电容器很容易发生过负荷导致损坏。高次谐波的干扰，往往还会导致供电空气开关误动作，造成电网停电，严重影响用电设备的正常工作。同时，高次谐波对通讯设备也产生干扰信号。

对于电容负载：ZC=1/2πfC

当f=n×50（n=2、3……）中n很大时，由上式可见ZC很小。

2高次谐波的抑制方式

（1）三相整流变压器采用Y?△或△?Y，这样联接可以消除3的整数倍的高次谐波，电网中的谐波电流只有5、7、11、13等奇次谐波。

（2）增加整流变压器二次侧的相数。整流变压器二次侧的相数越多，整流波形的脉波数越多，奇数低的谐波被消去的也越多。

（3）装设分流滤波器，分流滤波器是由R、C、L等元件组成的。串联谐振电路一般采取三相星形联接，它往往接在大型整流设备与电网的联接处，见图2。

图2分流滤波器接线图

（4）装静止无功补偿装置

上述四种抑制方式尽管对电网的净化起了一定的作用，但它都有很大的局限性，不能对谐波全面管理或仅仅局限在很小的范围之内。这些方式都是被动的，不能随谐波变化而变化。

3一种新的谐波抑制方案

　　随着科技的发展对谐波的抑制提出了新的设想，

它克服了以往滤波器仅固定在某些谐波频段,它采用如图3的拓扑类型。它对非线性负载产生的谐波进行采样、分析、建立频谱图，以此频谱图为依据向电网侧送一个与非线性负载产生的谐波相反的谐波，从而达到谐波抑制的效果。

图3有源谐波调节器的基本工作原理

据此原理推出了有源谐波调节器（ACTIVEHARMONICCONDITIONER）它能将2～25次谐波有效地抑制。可根据电网的情况调整电压与电流波形的相位角，修正电流波形，提高功率因数，有效地抑制谐波干扰。它的工作原理见图4。

图4有源谐波调节器工作原理框图

有源谐波调节器具有友好的用户界面，通过对话窗进行现场设置，真实地将用户现场实际状态反馈至有源谐波调节器中，让其通过采样拾取器实时捕捉谐波，全面有效地抑制电网中的谐波。该调节器还具有标准的RS232接口，可方便地将谐波信息与实时计算机通讯。

（a）无有源谐波调节器

（b）有有源谐波调节器

图5带有非线性负载（计算机等）的输入电流波形

图5为非线性负载经有源谐波调节器调节前(a)与调节后(b)的输入电流波形比较。可以看出，这种有源谐波调节器将大大抑制谐波，提高了功率因数，同时大大地减小损耗，大大地节约了能源，保障了电网线路的安全。利用该谐波调节器可全面解决电网造成的损失。