隨著工業技術的發展,不斷有電力電子裝置和其他非線性負荷(又稱畸變負荷)接入電網,電網諧波水平逐年升高。電力諧波導致的各種問題日益突出,已受到供用電雙方的高度重視。

用串聯電抗器抑制無功補償電容器導致的諧波共振與放大,以及用無源電力濾波器抑制電力諧波等技術措施具有技術成熟、簡單有效、價格較低等優點,已得到日益廣泛的應用,是治理電力諧波的有效措施。

1 電力諧波的產生與危害

電力諧波主要由非線性負載產生。非線性負荷吸收的電流與端電壓不成線性關系,結果電流發生波形畸變且導致端電壓波形畸變。這種周期性的畸變波形可按基頻(50Hz)展開成傅里葉級數形式,其大于基頻的分量即為諧波。圖1為實測畸變電流波形,圖2為畸變波形的諧波分析示意圖。

產生電力諧波的設備非常多,主要有變頻調速器、直流調速系統、整流設備、中高頻感應加熱設備、晶閘管溫控加熱設備、焊接設備、電弧爐、電力機車、不間斷電源、計算機、通訊設備、音像設備、充電器、變頻空調、晶閘管調光設備、電子節能燈等。

諧波的危害主要包括以下幾個方面:

(1)增加電力設施的負荷,降低系統功率因數,降低發電、輸電及用電設備的有效容量和效率;

(2)引起無功補償電容器諧振和諧波放大，導致電容器因過電流或過電壓而損壞或無法投入運行;

(3)產生脈動轉矩致使電動機振動,影響產品質量和電機壽命;

(4)由于渦流和集膚效應,使電機、變壓器、輸電線路等產生附加功率損耗而過熱;

(5)增加絕緣介質的電場強度,降低設備使用壽命;

(6)零序諧波電流導致三相四線系統的中線過載,并在三角接法的變壓器繞組內產生環流;

(7)引起繼電保護設施的誤動作,造成繼電保護等自動裝置工作紊亂;

(8)改變電壓或電流的變化率和峰值,延緩電弧熄滅,影響斷路器的分斷容量;

(9)使計量儀表特別是感應式電能表產生計量誤差;

(10)干擾鄰近的電力電子設備、工業控制設備和通訊設備,影響設備的正常運行。