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谐波治理范文1
一、企业谐波产生的原因
（1）电源自身谐波。谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，通常也称为高次谐波，而基波是指其频率与工频相同的分量。当电网中的谐波电流较大时，称之为电网污染。谐波在电网诞生时就存在，由于制造工艺的问题，电枢表面的磁感应强度分布稍稍偏离正弦波，从而使产生的电流稍微偏离正弦，这部分谐波分量只有在多路供电时才对电网产生影响。电力变压器由于其磁化曲线的非线性也产生少量谐波。（2）非线性负载产生。谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。第一，随着科技的进步与发展，晶闸管整流在不间断电源、稳压装置、自动控制等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。就电力系统中的供电电压来说，可以认为其波形基本上是正弦波，由于晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，根据任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量，在电网电流中含有大量的谐波。第二，变频器也是企业谐波污染的另一重要因素。变频调速在企业应用较为广泛，常用于风机、水泵等设备中。变频器是把工频电变换成各种频率的交流电，以实现电机的变速运行的设备。变频器控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电转换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出直流电压进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。随着变频调速的发展，对电网造成的谐波污染也越来越严重。第三，软启动器也造成了谐波污染。大功率设备如送风机、排风机的起停都采用了软启动器，因为软启动器采用三对反并联的晶闸管实现交流调压，由于晶闸管是典型的非线性器件，因此在使用过程中也会产生大量的谐波，对设备的稳定运行及电网造成了不良影响。第四，照明系统也产生谐波。目前广泛使用的是荧光灯、节能灯、金属卤化物灯等都属于非线性负载，在节能的同时也给电网带来了大量的谐波。
二、谐波造成的危害
谐波对电力系统设备和负载的影响，基本分为两方面：一是热应力；二是负载损坏。谐波会增加设备的损耗而加剧热应力。电压畸变而导致电压峰值增大，可能导致电缆绝缘击穿或设备损坏。（1）所有接于电网中的设备的损耗都会增加，温升增加。谐波对电机的影响除引起附加损耗，还会产生机械振动、噪声和过电压，导致电机转矩降低，过热甚至烧毁。（2）由于谐波的频率较高，谐波源的谐波电流流入变压器时增加了变压器的铜损耗和铁损耗，导致变压器容量减小。（3）谐波能引起补偿用电力电容器过热、过压，谐波电压使电容器产生额外的功率损耗，并联电容器其容抗随着谐波频率增大而减少，产生过电流，加速绝缘老化进程，增加绝缘击穿故障。（4）谐波会影响互感器的计量精度。谐波源将其吸收的一部分电网电能转变为谐波发送到电网中去，因此电能表会将谐波能量当作发电来进行计算，从而导致计量误差，增加企业的额外费用。（5）精密电子设备会被严重干扰，导致不能正常工作，甚至烧毁。（6）由于继电保护机构是根据工频正弦波的变化规律作为动作激励设计的，当波形畸变严重时各种保护装置和自动控制装置的动作都会受到影响，造成继电保护装置与自动控制装置的误动作或拒动作，影响企业的自动化生产。
三、谐波治理的措施
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（一）电源自身谐波。谐波在电网诞生的同时就是存在的，因为由于制造工艺的问题，电枢表面的磁感应强度分布稍稍偏离正弦波，从而使产生的电流稍微偏离正弦，这部分谐波分量只有在多路供电时才对电网产生影响。电力变压器由于其磁化曲线的非线性也产生少量谐波。
（二）非线性负载产生。谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经非线性负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。变频器、软启动器、稳压电源、电子荧光灯等用电负载等都是非线性负载，是企业主要的谐波源。
1．随着科技的进步与发展，晶闸管整流在不间断电源、稳压装置、自动控制等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。就电力系统中的供电电压来说，可以认为其波形基本上是正弦波，由于晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是周期性的非正弦波，根据任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量，在电网电流中含有大量的谐波。整流装置产生的谐波是电网最大的谐波源。整流装置从电源吸收高次谐波电流，电流在电源回路引起阻抗压降，因此导致整个电网都含有高次谐波成分。
2．变频器也是企业谐波污染的另一重要因素。变频调速在企业应用较为广泛，常用于风机、水泵、皮带秤计量控制等设备中。变频器是把工频电变换成各种频率的交流电，以实现电机的变速运行的设备。其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电转换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出直流电压进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。由于变频器大量使用了非线性的晶闸管，对其供电电源就形成了一个典型的非线性负载。变频装置由于采用了相位控制，是以脉动的方式从电网吸收电流，脉动电流导致电网电压畸变使其含有谐波成份。随着变频调速的发展，对电网造成的谐波污染也越来越严重。
3．软启动器也造成了谐波污染。大功率设备如风机、压缩机的起停都采用了软启动器，因为软启动器采用三对反并联的晶闸管实现交流调压，由于晶闸管是典型的非线性器件，因此在使用过程中也会产生大量的谐波，对设备的稳定运行及电网造成了不良影响。
4．照明系统也产生谐波。目前企业广泛使用的荧光灯、节能灯、气体放电灯等都属于非线性负载，在节能的同时也给电网带来了大量的谐波。
二、谐波造成的危害
在谐波源设备集中使用的配电区域，谐波污染相当严重，电源功效明显下降。谐波对电力系统设备和负载的影响，基本分为两方面：（1）热应力；（2）负载损坏。谐波会增加设备的损耗而加剧热应力。电压畸变而导致电压峰值增大，可能导致电缆绝缘击穿或设备损坏。
1．所有接于电网中的设备的损耗都会增加，温升增加。谐波对电机的影响除引起附加损耗，还会产生机械振动、噪声和过电压，导致电机转矩降低，过热甚至烧毁。
2．由于谐波的频率较高，谐波源的谐波电流流入变压器时增加了变压器的铜损耗和铁损耗，导致变压器容量减小，同时随着谐波频率的增高电流集肤效应更加严重，铁损耗也更大从而引起变压器局部过热，缩短使用寿命。
3．谐波能引起补偿用电力电容器过热、过压，谐波电压使电容器产生额外的功率损耗，并联电容器其容抗随着谐波频率增大而减少，产生过电流，加速绝缘老化进程，增加绝缘击穿故障。同时如果电容与电路的电感配合不当，容易在某个谐波频率附近产生谐振，从而导致电网电压进一步畸变。
4．谐波会影响互感器的计量精度。谐波源将其吸收的一部分电网电能转变为谐波发送到电网中去，因此电能表会将谐波能量当作发电来进行计算，从而导致计量误差，增加企业的额外费用。
5．精密电子设备会被严重干扰，导致不能正常工作，甚至烧毁。整流器在换相期间电流波形发生急剧变化，该换相电流会在正常供电电压中注入一个脉冲电压，该脉冲电压所包含的谐波频率较高，因而会引起电磁干扰，对通信线路、通信设备会产生很大的影响。
6．由于继电保护机构是根据工频正弦波的变化规律作为动作激励设计的，当波形畸变严重时各种保护装置和自动控制装置的动作都会受到影响，造成继电保护装置与自动控制装置的误动作或拒动作，影响企业的自动化生产。如果零序三次谐波电流过大，可能引起接地保护装置误动作。
三、谐波治理的措施
电力消费的趋势是高效率用电与高质量用电相接合。进行谐波治理，提高电力品质是第一位的，其次是节能。谐波治理是个综合治理过程，一方面应从源头抓起，加强设备的管理防止谐波的产生，更重要的一方面是提高认识，积极进行谐波治理，防止灾害产生。目前国内一些企业已开始重视谐波的污染，取得了节能和提高电网品质的双重效果。
解决电力电子装置和其它谐波源污染问题的基本思路有两条：一是装设谐波补偿装置，即采用LC组成的无源调谐滤波器；二是对电力电子装置本身进行改造，改进整流装置，采用多相脉冲整流使其尽量不产生谐波，由于其电流电压同相位，称高功率因数整流器或高功率因数变流器。因为谐波补偿装置既可补偿谐波，又可提高电网的功率因数，而且结构简单，因此一直广泛使用。其缺点是只能补偿固定频率的谐波，其补偿特性也受电网感抗的制约，补偿效果也不理想，但仍是补偿谐波的主要手段。
目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器。其基本原理是实时监测电网中电流，快速分离出谐波电流分量，发出控制指令，实时产生大小相等方向相反的补偿电流注入电网中，实现瞬时滤除谐波电流。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波电流进行跟踪补偿，其运行不受系统的影响，也不会产生谐波放大，同时可补偿无功功率，提高功率因数是一种较先进的谐波抑制技术。但由于其造价较高，只适用于小容量谐波补偿。
四、结束语
随着企业的技术改造及设备升级换代，非线性电力设备愈加广泛应用，由此导致电力系统中谐波问题越来越严重，一方面造成了电力设备的损坏，加速绝缘老化，诱发火灾等安全事故，另一方面也影响了计算机、可编程控制器等自动化控制设备正常工作，直接扰乱了人们正常的生产、生活。本着谁污染，谁治理的原则企业应加大投入，合理用电，抑制电网污染，使电网中其他用户使用到清洁的电能，肩负起企业应担负的社会责任。
参考文献：
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[2]宋文南、刘宝仁，电力系统谐波分析[M].北京：水利电力出版社，1995.
谐波治理范文3
关键词:谐波危害;谐波抑制;治理措施
前言
在电力系统中采用电力电子装置可灵活方便地变换电路形态,为用户提供高效使用电能的手段。但是,电力电子装置的广泛应用也使电网的谐波污染问题日趋严重,影响了供电质量。目前谐波与电磁干扰、功率因数降低已并列为电力系统的三大公害。因而了解谐波产生的机理,研究消除供配电系统中的高次谐波问题对改善供电质量和确保电力系统安全经济运行有着非常积极的意义。
1.谐波及其起源
在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时,与所加的电压不呈线性关系,就形成非正弦电流,即电路中有谐波产生。谐波频率是基波频率的整倍数,根据法国数学家傅立叶(M.Fourier)分析原理证明,任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波,每个谐波都具有不同的频率,幅度与相角。谐波可以区分为偶次与奇次性,第3、5、7次编号的为奇次谐波,而2、4、6、8等为偶次谐波,如基波为50Hz时,2次谐波为l00Hz,3次谐波则是150Hz。一般地讲,奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。在平衡的三相系统中,由于对称关系,偶次谐波已经被消除了,只有奇次谐波存在。对于三相整流负载,出现的谐波电流是6n±1次谐波,例如5、7、11、13、17、19等,变频器主要产生5、7次谐波。
2.谐波的主要危害
谐波污染对电力系统的危害是严重的,主要表现在:
2.1谐波对线路的影响
对供电线路来说,由于集肤效应和邻近效应,线路电阻随着频率的增加会很快增加,在线路中会有很大的电能浪费。另外,在电力系统中,由于中性线电流都很小,所以其线径一般都很细,当大量的谐波电流流过中性线时,会在其上产生大量的热量,不仅会破坏绝缘,严重时还会造成短路。甚至引起火灾。而当谐波频率与网络谐振频率相近或相同时,会在线路中产生很高的谐振电压。严重时会使电力系统或用电设备的绝缘击穿,造成恶性事故。
2.2对电力变压器的影响
谐波电流的存在增加了电力变压器的磁滞损耗、涡流损耗及铜损,对带有不对称负荷的变压器来说,会大大增加励磁电流的谐波分量。
2.3对电力电容器的影响
由于电容器对谐波的阻抗很小,谐波电流叠加到基波电流上,会使电力电容器中流过的电流有很大的增加,使电力电容器的温升增高,引起电容器过负荷甚至爆炸。同时,谐波还可能与电容器一起在电网中形成谐振,并又施加到电网中。
2.4对电机的影响
谐波会使电机的附加损耗增加,也会产生机械震动,产生甚至引起谐波过电压,使得电机绝缘损坏。
2.5对继电保护和自动装置的影响
对于电磁式继电器来说,电力谐波常会引起继电保护以及自动装置的误动作或拒动,造成整个保护系统的可靠性降低,容易引起系统故障或使系统故障扩大。
2.6对通信线路产生干扰。
在电力线路上流过幅度较大的奇次低频谐波电流时,通过电磁耦合,会在邻近电力线路的通信线路中产生干扰电压。干扰通信线路的正常工作,使通话清晰度降低,甚至会引起通信线路的破坏。
2.7对用电设备的影响
电力谐波会使电视机、计算机的显示亮度发生波动,图像或图形发生畸变,甚至会使机器内部元件损坏,导致机器无法使用或系统无法运行。
3.谐波抑制方法
在电力系统中对谐波的抑制就是如何减少或消除注入系统的谐波电流,以便把谐波电压控制在限定值之内,抑制谐波电流主要有三方面的措施:
3.1采取脉宽调制(PWM)法
采用脉宽调制(PWM)技术,在所需要的频率周期内,将直流电压调制成等幅不等宽的系列交流电压脉冲,这种方法可以大大抑制谐波的产生。
3.2降低谐波源的谐波含量
也就是在谐波源上采取措施,最大限度地避免谐波的产生。这种方法比较积极,能够提高电网质量,可大大节省因消除谐波影响而支出的费用。具体方法有:
3.2.1增加整流器的脉动数
高次谐波电流与整流相数密切相关,即相数增多,高次谐波的最低次数变高,则谐波电流副值变小。一般可控硅整流装置多为6相,为了降低高次谐波电流,可以改用12相或34相。当采用12相整流时,高次谐波电流只占全电流的10%,危害性大大降低。
3.2.2脉宽调制法
采用PWM,在所需的频率周期内,将直流电压调制成等幅不等宽的系列交流输出电压脉冲可以达到抑制谐波的目的。
3.2.3三相整流变压器采用Y-d(Y)或D、Y(Y)的接线
当两台以上整流变压器由同有一段母线供电时,可将整流变压器一次侧绕组分别交替接成Y型和形,这就可使5次、7次谐波相互抵消,而只需考虑11次、13次谐波的影响,由于频率高,波幅值小,所以危害性减小。
3.3在谐波源处吸收谐波电流
这类方法是对已有的谐波进行有效抑制的方法,这是目前电力系统使用最广泛的抑制谐波方法。主要方法有以下几种:
3.3.1无源滤波器
无源滤波器安装在电力电子设备的交流侧,由L、C、R元件构成谐振回路,当LC回路的谐振频率和某一高次谐波电流频率相同时,即可阻止该次谐波流入电网。由于具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点,无源滤波是目前采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。但无源滤波器存在着许多缺点,如滤波易受系统参数的影响;对某些次谐波有放大的可能;耗费多、体积大等。因而随着电力电子技术的不断发展,人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器。
3.3.2有源滤波器
与无源滤波器相比,APF具有高度可控性和快速响应性,能补偿各次谐波,可抑制闪变、补偿无功,有一机多能的特点;在性价比上较为合理;滤波特性不受系统阻抗的影响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险;具有自适应功能,可自动跟踪补偿变化着的谐波。目前在国外高低压有源滤波技术已应用到实践,而我国还仅应用到低压有源滤波技术。随着容量的不断提高,有源滤波技术作为改善电能质量的关键技术,其应用范围也将从补偿用户自身的谐波向改善整个电力系统的电能质量的方向发展。
3.3.3防止并联电容器组对谐波的放大
在电网中并联电容器组起改善功率因数和调节电压的作用。当谐波存在时,在一定的参数下电容器组会对谐波起放大作用,危及电容器本身和附近电气设备的安全。可采取串联电抗器,或将电容器组的某些支路改为滤波器,还可以采取限定电容器组的投入容量,避免电容器对谐波的放大。
3.3.4加装静止无功补偿装置
快速变化的谐波源,如:电弧炉、电力机车和卷扬机等,除了产生谐波外,往往还会引起供电电压的波动和闪变,有的还会造成系统电压三相不平衡,严重影响公用电网的电能质量。在谐波源处并联装设静止无功补偿装置,可有效减小波动的谐波量,同时,可以抑制电压波动、电压闪变、三相不平衡,还可补偿功率因数。
3.4改善供电系统及环境
对于供电系统来说,谐波的产生不可避免,但通过加大供电系统短路容量、提高供电系统的电压等级、加大供电设备的容量、尽可能保持三相负载平衡等措施都可以提高电网抗谐波的能力。选择合理的供电电压并尽可能保持三相电压平衡,可以有效地减小谐波对电网的影响。谐波源由较大容量的供电点或高一级电压的电网供电,承受谐波的能力将会增大。对谐波源负荷由专门的线路供电,减少谐波对其它负荷的影响,也有助于集中抑制和消除高次谐波。:
4.结语
随着我国电能质量治理工作的深入开展,综合动态的谐波治理措施并同时考虑电网的无功功率补偿问题,是电力企业当前面临的一大课题。针对这一课题深入研究,在设计、制造和使用非线性负载时,采取有力的抑制谐波的措施,不仅能够改善整个网络的电力品质,同时也能延长用户设备使用寿命,提高产品质量,降低电磁污染环境,减少能耗,提高电能利用率。
参考文献
谐波治理范文4
关键词：智能用电小区；电动汽车充电站；高频充电机；谐波
0 引言
我国智能电网的建设主要包括发电、输电、变电、配电、用电和调度六个环节，其中智能用电是重要环节之一。智能用电小区是国家电网为了研究智能电网智能用电的先进技术如何运用于居民区，提高人民的生活水平，提高电网智能化水平以及提升用电服务质量而进行的一项尝试[1]。电动汽车作为智能用电小区建设的一个重要组成部分同样也逐渐被纳入发展规划，并且有着极为广阔的发展前景。在2008年全球性金融危机过后，国际油价日趋升高和日益严重的环境压力使得汽车产业进入全面的能源转型期，大力发展电动汽车以实现交通能源转型的路线已得到全世界的共识。在未来城市中电动汽车的广泛普及与用电小区电动汽车充电桩的运营实际上体现了智能电网对“电网和用户间的智能互动”、“鼓励使用各种形式分布式能源”、“发展清洁环保型电力能源”与“推进低碳经济”的需求。
1 电动汽车充电站介绍
电动汽车充电站与配电网连接运行后最大的好处就是能够对电网用电实现削峰填谷调节，这样一来就在一定程度上缓解了电网压力，提高了配电系统的利用效率并且拓展了电能消费的终端市场。作为回报，在这个过程中消费者也可利用峰谷电价差从而获得直接的经济收益。即人们可以利用电网夜间用电低谷时对电池进行充电，此时用电量较少，对应电价就相对较低。当白天电网处于用电高峰时，电价达到一天中的最大值，这时人们就可以把电池内的电能以高价售回给电网。电动汽车用户与电网之间的这种互动真正地实现了二者的双赢，既降低了电动汽车的使用费用，又实现了电动汽车对电网调节峰谷、平衡负荷的作用。
任何事物都有两面性，电动汽车充电站在给电网带来好处的同时也存在着一定的弊端。电动汽车充电站内的充电机是一种含有大量电力电子器件的非线性装置，会给电网带来谐波污染，功率因数下降等问题。为了消除这些负面影响，有必要分析电动汽车充电站对电网的电能质量影响并制定相应限制措施[2]。
2充电机分类
目前在电动汽车充电站中使用的充电机按工作原理分主要有3种[3-5]：
2.1第一类充电机
第一类充电机由工频变压器、不可控整流电路、斩波电路与滤波装置组成，其结构图如图1。这种充电机的主要特点是直流侧电压纹波小、动态性能好、采用体积较大的工频变压器、它最大的缺点是充电机谐波电流过大，不适于接入用电小区公用配电网。
图1. 工频充电机结构图
2.2第二类充电机
第二类充电机是由工频变压器、三相不控整流和高频变压器隔离DC-DC变换器及滤波装置组成，其结构图如图2。其特点是直流侧电压纹波小、动态性能好、采用高频隔离使得装置体积较小，这种充电机虽然谐波含量高，但是价格低廉，便于消费者接受，是目前市场上的主流充电机。
图2. 采用不控整流电路的高频充电机结构图
2.3 第三类充电机
第三类充电机由三相PWM整流器和高频变压器隔离DC-DC变换器及滤波装置组成，其结构图如图3。其整流侧采用了PWM整流技术，功率因数较高，谐波成分较低，注入电网的电流总畸变率可以达到5%以下。它也采用高频隔离，减小了装置体积，且变换效率较高。尽管这种充电机在技术上有很多优越性，但是由于采用了PWM技术大大增加了生产成本，目前还难以得到广泛应用。
图3. 采用PWM整流电路的高频充电机结构图
3 充电机引起的电能质量问题
以市场上应用最为广泛的采用不控整流电路的高频充电机为例，分析其对配电网电能质量产生的影响。根据已有的研究经验表明，电动汽车充电机配电网的电能质量影响主要体现在谐波污染方面。
采用最常用的6脉动整流桥电路作为充电机的整流电路。以a相为例，流过变压器二次侧的非正弦波电流进行傅立叶级数分解后可得：
由此可以看出，充电机的输出电流中仅含有6k 1 （k=1，2，3 ）次谐波，不含3的倍数次谐波，也不含有偶数次谐波。且高次谐波的幅值与其谐波次数成反比，谐波次数越高，其谐波电流越小[6]。
由于电动汽车充电站连接着城市电网运行，其产生的谐波污染必定会对配电网造成很多不利影响，主要体现在：
1）对于变压器：谐波电流会增加变压器的铜耗及杂散损耗，谐波电压则会增加铁耗，谐波的注入还将增大变压器的噪声。
2）对于电能表：电能表在计费时会将谐波当做有功功率，增加用户电费支出。
3）对于电子设备：谐波较高时会导致计算机等电子设备发生误动作，从而使得正常运行受到影响。
4）对输电线路：增加了线路损耗及发热量。
5）对于继电保护装置：某些由序分量过滤器组成启动元件的继电保护装置对谐波电流比较敏感，正常工作易受到干扰。
6）对于补偿电容器组：谐波电流注入引起的发热量与电压升高会使得电容器使用寿命大大缩短。
谐波的产生和传播是电力系统的公害，它会极大地恶化电网电能质量并对各种电力设备的正常运行状态造成干扰，必须采取措施加以限制。
4充电站谐波治理措施
4.1采用APF有源电力滤波器
将有源电力滤波器用于充电站谐波治理的基本思想是从电动汽车充电机产生的谐波电流中检测出谐波电流分量，由补偿装置产生一个与该分量大小相等而极性相反的电流分量去抵消它，从而使得流入电网的电流中只含有基波分量。APF装置具有动态响应速度快，补偿功能多样化，可抑制闪变并补偿无功的特点，且其补偿特性不受电网阻抗的影响，完全由自身运算与控制电路来决定。
图4是把APF有源电力滤波器用于电动汽车充电站谐波治理的结构图，10kV电压等级的电网经过10/0.38kV的变压器为工作电压为380V的电动汽车充电站供电。其工作工程大致如下：主控制器将通过CT采集到的谐波电流信号传送给指令电流运算电路，以检测出补偿对象中的谐波和无功电流等分量，根据这些信号量，电流跟踪控制电路将产生相应的PWM控制信号控制驱动电路中相应的IGBT开关和通断，然后通过主电路产生与检测到的电流谐波分量大小相等，方向相反的电流分量去抵消充电机产生的谐波电流，从而实现了滤除谐波的功能。理想状态时，图中APF产生的补偿电流iC将与充电站产生的电流谐波分量iLh在方向上完全相反，在数值上恰好相等。
从上式可以看出5，7，17，19次谐波被抵消，剩下的谐波分量只有12k 1次。与6脉动桥式整流电路同理，12脉动桥式整流电路电流各次谐波的有效值与其次数成反比，即次数越高，其有效值越小，这样对于滤除谐波就越有利[9-10]。
4.3 增加动态无功补偿装置
系统承受谐波的能力可以用 来反映，其中 为电网电压， 为总的谐波电流有效值。从此式可以看出，当增加如静止无功补偿器（SVC）或静止无功发生器（SVG）等动态无功补偿装置后，伴随着无功补偿装置对注入电网无功的动态调节作用，在电网电压不变的情况下，电网可容许的总的谐波电流最大有效值也在增加，即提高了电网承受谐波的能力[11-12]。
4.4 采用功率因数校正技术
在充电机端安装升压型有源功率因数校正装置，可以提高功率因数并降低电流谐波含量的有效手段。功率因数 可以表示为式（9）：
（9）
式中， 为基波因数； 为位移因数；则加装功率因数校正装置后，提高功率因数变可提高基波因数 ，从而提高基波分量在电流中所占比例，即减小了谐波分量的含有率，达到了减小谐波的效果。在理想情况下，有源功率因数校正装置能将功率因数校正至0.99附近，此时谐波含量显著减小。
4.5 选择充电站由容量较大的电源系统供电
当为电动汽车充电站供电的系统容量增大时，无论是从谐波源还是从低压母线侧为端口看出去，其等值阻抗值均降低，整流装置产生的谐波在变压器高、低压侧的电压畸变率均降低，同时系统谐振点向频率更高的方向移动[13-14]。
5 结语
综上所述，电动汽车充电站接入智能用电小区配电网后会对电能质量造成严重的负面影响，主要体现在常见高频充电机中采用的6脉动整流电路会产生 次谐波。鉴于未来坚强智能电网建设对电能质量的要求更为严格，必须采取相应措施对电动汽车充电站产生的谐波加以限制从而保障为用户优质供电。本文通过分析论证了为电动汽车充电站装设有源电力滤波器（APF）、采用12脉动桥式整流电路、增加动态无功补偿装置、应用功率因数校正技术以及选择由较大的电源系统给充电站供电等措施都是治理谐波影响的有效手段。
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作者简介：
谐波治理范文5
关键词：谐波危害；供配电系统；谐波治理；煤矿
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.08.060
0 引言
随着煤矿生产的发展，各种电力电子装置使用越来越多，煤矿的电力负荷越来越大，电网的规模和容量也越来越大。由于煤矿生产机械化、自动化程度不断提高，各种高精尖设备大量投入使用，因此对煤矿电网质量要求越来越高。基于持续提升煤矿生产能力的影响下，增加了一系列的非线性与冲击性装置，这一系列的装置在实现煤矿安全水平与生产效率提升的过程中，也导致煤矿电网注入很多的谐波，这对煤矿电能质量产生了严重的影响，从而导致通讯装置受到干扰、装置的应用年限减少、损耗的电能增多。因此，不管是为了确保煤矿电网运行的经济性和安全性，还是为了确保煤矿机电装置的安全性，实施有效的对策治理煤矿供电系统的谐波，这都显得十分关键。
1 煤矿供电系统出现谐波的原因
Y合工作过程中的电力系统来说，在煤矿生产用电过程与系统的发电装置都可能出现谐波，特别是非电力荷载元件容易出现谐波。在煤矿生产中，主排水泵、煤矿提升机、直流式直升机是重点的非线性供电元件。另外，还涵盖装置外在矿井供电装置当中的输出电力的系统。这一系列的元件都具备一样的特点，即装置可以接收正弦式电波输出电压，从而同步调整频率与基波，进最终使非正弦式波动电流形成。
2 煤矿供电系统谐波的危害
（1）危害电力电缆.在供电系统中，应当在输电装置的一系列区域搭设电缆，在出现谐波的时候，排布的电缆会放大谐波电流的效果，从而导致全部电网回路的电压峰值出现非常大的改变，要么是损坏电缆线路，最终出现漏电的现象。另外，还会损害电缆线路的表皮，导致火花的出现。因为煤矿存在非常多的煤尘和瓦斯，所以直接影响到煤矿生产的安全性。
（2）危害电机。因为供电系统在供电的时候会导致很多谐波的出现，以及谐波具备非常高的频率，所以在供电系统装置经过谐波电流和电压的过程中，大量的消耗会形成于装置的回路当中，并且谐波形成的电力也会导致损耗。这样一来，交流电机在变频器的控制之下也会由于谐波电流而形成大量的电流，在大型电机上受到电流的影响下，电机的轴承会受到危害，甚至电机会被烧坏。
（3）导致继电保护误动作的出。。因为谐波电流的持续变大，会影响到全部电力的回路，这样断路器诊断到改变的电流峰值会进行闭合。在经过多次改变的电流峰值之后，断路器的开闭效果会降低，从而导致自动装置与断电保护的误动作。并且改变了变压器电压合闸过程中电流的增幅效果，增加的谐波量会增加电流分量，从而使恶性循环形成，最终导致大量继电保护的触发。
3 煤矿供配电系统的谐波治理
煤矿供电系统中出现的大量谐波，一定会对整个供电性产生大量危害。甚至影响整个供电系统的变化，进而对各种用电设备造成破坏，对煤矿工业的运作带来影响，所以一定要采取有效措施来对 谐波进行治理。
（1）选用大截面的电力电缆。在选用煤矿供电系统电力电缆截面的时候，需要兼顾谐波导致的电缆发热情况，针对谐波连接关键扰动装置的配线，对电缆载流量进行确定的情况下需要确保充足的裕量，在需要的情况下实现一级电缆截面的放大。
（2）选用适宜的变压器。对连接变压器的方式进行合理地选择，可以避免电源配电系统当中传输3N次谐波电流和不平衡电流。在Δ/Y变压器当中，处于原边绕组循环流动的3N次谐波电流和不平衡电流不会往电源配电系统当中传输。Δ/Y形变压器是大部分煤矿供电系统应用的变压器。结合负载对额定电力变压器容量进行确定的情况下，需要兼顾畸变的谐波而留下裕量。在设计矿井的时候，通常需要确保70%――80%负荷率的变压器，此裕量能够避免谐波导致的变压器发热现象。再者，Δ形接法绕阻能够解决此问题，其为3N次谐波和不均衡的循环带来了通路，如此就能够避免向配电系统传入。
（3）应用谐波补偿设备。针对煤矿当中的带式运输机的变频装置、通风机、大功率提升机等关键的谐波源，在工作的时候会导致高次谐波污染。为了对工作过程中的变频器形成的谐波进行控制，应当应用谐波补偿设备，确保正弦波的电流输入。传统的是应用LC调谐滤波器的谐波补偿设备，其不但能够对谐波进行补偿，而且能够对无功功率进行补偿。然而，煤矿供电系统工作情况与阻抗会制约到补偿性能，容易跟系统出现并联谐振，从而放大谐波，导致LC滤波器的过载。除此之外，其仅仅可以对频率固定的谐波予以补偿，难以实现显著的效果，然而这种设备具备简单的构造，依旧被普遍地应用。在普及电力电子器件之后，补偿谐波的的重要手段是应用有源电力滤波器，有源滤波器的运行原理是检测出补偿对象的谐波电流，再形成跟谐波电流极性相反和大小一样的补偿电流，进而使基波分量仅仅存在于电网电流当中。如此的滤波器可以跟踪补偿幅值与频率都改变的谐波，以及补偿特点不会受到电网阻抗的制约。
4 结语
综上所述，随着时代的发展，电能质量问题已越来越引起用户和供电部门的重视。想要确保煤矿生产的安全性和稳定性，就务必高度关注煤矿供电系统的谐波危害，明确其出现的原因，借助有效的治理对策加以疏导，从而使传导与形成的谐波减少，尽最大程度地保护供电系统，最终大大地提升煤矿生产效率与效益。
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谐波治理范文6
电力谐波的诊断
模拟滤波和基于傅氏变换的频域分析法。模拟滤波器法诊断电力谐波有两种方式：一是通过滤波器滤除基波电流分量从而得到谐波电流分量，二是用带通滤波器得出基波分量，再与被检测电流相减后得到谐波电流分量。采用模拟滤波器对电力谐波进行诊断简便易行，但存在较大的误差，此外这种诊断方法不具备实时性，且容易受外界环境干扰。
基于傅氏变换的频域分析法是根据采集到的一个周期的电压值或电流值进行计算和分析，从而得到电流中所包含的谐波次数、幅值等信息，将有待消除的谐波分量通过傅里叶变换器获得所需的误差信号，再将所得的误差信号进行傅里叶反变换就得到了补偿信号。
基于小波变换的诊断法。基于小波变换的诊断法由于在时域和频域同时具有较好的局部化性质，克服了傅里叶分析法在非稳态信号分析方面的缺陷，更适用于对突变信号的分析。
由于小波分析能计算出某一特定时间的频率分布并把各种不同频率组成的频谱信号分解为不同频率的信号块，因此可以通过小波变换来较准确地求出基波电流，最终得到谐波分量。
基于神经网络的诊断方法。基于人工神经网络的谐波诊断法自面世以来便呈现迅速发展的状态，随着神经网络相关技术的不断发展与推广，神经网络诊断法在电力运行中所获得的经济效益也得到了逐渐提升，尤其是在优化电力调度、预测负荷、谐波诊断和谐波预测等方面显现出十分理想的性能。利用神经网络进行谐波的诊断主要是通过模型构建、样本选择、算法等手段，对谐波和无功电流进行检测，这种检测方法无论是对周期性的电流还是非周期性的电流都具有理想的跟踪诊断效果，同时对随机抗干扰也有着较强的识别能力。
与其他谐波诊断方法相比，基于神经网络的谐波诊断法具有更高的精确度和更为理想的诊断效果，此外，由于基于神经网络的检测方法具有更强的实时性，且抗干扰能力较强，因而应在今后的电力谐波诊断工作中得到进一步推广使。
电力谐波的综合治理
优化电气设计。电力谐的产生往往与电气设计不合理有着极大的关系，因而要从根本上解决电力谐波问题首先优化电气设计，避免电力谐波的发生。对此，在进行电气设计时需要采取避免谐波的技术对策，例如：增加整流器脉动数。整流器是电力供电网络中谐波的主要来源，其特征频谱为n=Kp？，由该式可见，P增加时，n会随之增加，则谐波电流减少，相应的谐波也随之减少，可见增加整流器脉动数对减少谐波十分有效；推广应用PWM技术。PWM技术即脉宽调制技术，利用该技术减少谐波的原理是：PWN能使谐波频谱增高从而降低谐波量，可以使得变流器的输人为正弦波；在可控整流后面加接功率因数矫正（PFC），同样可以达到控制输入电流为正弦的目的，同时PFC可以进行相位矫正，使得从电网侧看，负载可等效为线性负载；三相整流变压器采用Y-d（Y/）或者d-Y（Y/），以此消除3的倍数次的谐波；除上述措施外，合理选用变压器、电力电缆和开关设备等设备和元件也是避免电力谐波的重要手段。
安装合适的滤波装置。目前较为常用的滤波装置包括以下几种：L-C无源滤波器（PF）这种滤波装置较为常用，其原理是利用LC谐振对谐波电流实现抑制，当某一高次的谐波频率与谐振频率相同时，则可消除该次谐波，同样的，采用多个不同的谐振频率则可消除多个高次的谐波。L-C无源滤波器使用简单，维护方便，运行可靠，是我国目前使用最为普遍的滤波装置之一，这种滤波装置除了能够较好的吸收谐波，还能够显著改善负载功率因数。但与此同时，这种滤波器具有体积大、耗能高等缺点，还有可能对某些次的谐波有放大的作用；源电力滤波器（APF）。这种滤波器能够通过动态无功补偿来抑制谐波，由于APF由静态功率变流器所组成，因而它具有变流器所拥有的快速响应性和可控性。由于该装置可向交流电网注入补偿电流，且注入电流的幅值与负载电流向电网注入的谐波电流大小相同相位相反，因而能够有效抵消谐波电流，相对于无源滤波器具有更高的滤波成效，缺点是这种滤波装置的使用成本较高；混合滤波装置（HAPF）。混合滤波装置中设有大容量无源LC滤波器网路用以消除低次谐波，同时串联有源滤波器用以消除高次谐波，这样一来LC滤波网络所产生的消除谐波的作用降低了有源滤波器的而定典雅，一来确保了消除谐波的效果，二来节约了有源滤波器运行成本，同时减小了有源滤波器的体积。这使得混合滤波装置的初期投资与运行成本较小，滤波性能优良，因而具有十分广阔的发展前景。
合理选择接入点。大功率整流负载接入电网时，若接入点的短路电容较大，则其阻抗小，那么谐波电流所引起的谐波电压就相对较小，因而可通过增大供电变压器容量的方式来减小谐波，尤其是对于短路电容较大的专用供电线路以及高电压的电网。
强化供电管理。强化供电系统管理对于维护电网正常运行和减少电力谐波有着重要的意义，供电管理中应注意以下两个问题：强化对管辖范围内电力供电网络的规划管理和技术监督，对于新架设的电网要强化对其谐波水平的审核，对于已经投入使用的供电网络应要求用户安装滤波设备；加大执法力度，采取适当的经济约束手段，改变先污染后治理的现状，对电力电子设备技术水平进行严格审核，对其谐波含量进行测试检验，超过国家规定指标的设备不得投入电力供电系统使用。
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