高次諧波抑制

　　抑制電力系統中各種非線性裝置、設備產生的損害電能品質的高次諧波的技術措施。

　　高次諧波源　由於電力電子器件的迅速發展並在電網中大量應用，電力系統中出現瞭大量的非線性負荷，如高壓直流輸電的換流裝置，工礦企業、電氣化鐵路的大功率整流、換流和調壓設備，電弧冶煉設備，各種傢用可控整流電器設備等。這些負荷在正弦波電壓作用下，也會產生各種非正弦波的電流。這種電流在網路中流動，將使電力系統統的電壓波形畸變，即除瞭正常的工頻基波外，還包含有各種高次諧波。這些產生高次諧波電流的電力負荷稱為高次諧波源。

　　高次諧波的危害　電壓畸變給電力系統正常運行和電力設備造成的危害主要有以下6點：①使電力電容器以及與之相串聯的電抗器過電流、過熱，發出異常的聲響，甚至於損壞；②使變壓器和電機產生附加損耗、局部過熱，產生附加力矩而造成振動，發出異常聲響；③高次諧波幅值過大會引起繼電器、控制電器和計算機誤動作；④使 X射線儀器、示波器和電視機的圖像變壞；⑤輸電線中的高次諧波電流則會幹擾與其鄰近的通信，使電磁兼容性問題變得更加突出；⑥高次諧波還會引起計量儀表計量誤差，造成電費收費不合理。因為高次諧波源的用戶從電網中吸收的功率是基波，而向電網送出的卻是含有高次諧波的畸變功率，迫使正常負荷的用戶從電網中吸收這些畸變功率，增加用電損耗，危害用電設備，還要多付電費，而高次諧波源用戶反而少付電費。因此，非線性負荷對保證電網質量而言，是一種公害。另一方面，這種非線性負荷對許多用戶來說，又有特別好的運行性能，故它們在電力系統總負荷中所占的比重，與日俱增。因此，抑制高次諧波成為現代電力系統急需解決的重要問題之一。

　　畸變波形的特征量　為瞭便於諧波的計量和管理，在實際工作中常需用數字來集中表征畸變波形的某種特性，因此定義瞭一些特征量，諸如畸變率、諧波含量、通信幹擾指標(TIF)、波幅系數、波形系數等，其中畸變率和諧波含量應用最廣泛。

　　畸變率　表征波形畸變的程度。它是衡量電能質量的一個指標。各次諧波電壓的有效值的均方根值與額定電壓或其基波電壓有效值的百分比，稱為電壓正弦波形畸變率，簡稱畸變率(Dφ_U)，即

(％)許多國傢規定低壓供電電壓的畸變率不許超過5％。

　　諧波含量　工程上常要求給出電壓或電流畸變波形中某次諧波的含量，以便於監測和采取防治措施。定義電壓（或電流）畸變波形的第n次諧波含量等於第n次諧波電壓（或電流）有效值U_n（或I_n）與其基波電壓(或電流)有效值U₁（或I₁）的百分比：

　　供電部門對用戶的電流諧波含量加以限制，以保證電網電壓諧波含量不超過規定的限值。

　　諧波管理　為瞭防治電力系統諧波的危害，許多國傢制訂瞭諧波管理標準。中國原水利電力部曾於1984年頒行瞭《電力系統諧波管理暫行規定》。有的國傢對諧波源負荷實行分級限制：首先限制小容量換流裝置和交流電壓調整裝置的最大容量；當超過限定的最大容量時，則應限制單個換流裝置註入電網聯接點的各次諧波電流；如不滿足此二條件，則應要求聯接點的電壓畸變率和諧波含量不超過規定的限值。中國暫行規定(SD126-84)的電網電壓畸變率和諧波含量如表。

電網電壓畸變率和諧波含量

　　供電部門在確定新接入用戶的諧波含量允許值時，除考慮系統中原有的諧波含量外，還應為以後接入系統的負荷留有逾度。

　　高次諧波抑制措施　在產生諧波含量較大的負荷點裝設電力濾波器是抑制諧波電流流入電網而造成危害的一個重要措施。電力濾波器的另一個作用是提供部分以至全部容量的無功補償以改善負荷的功率因數。對於無功沖擊較大的負荷，如粗軋機等，往往需要安裝快速動態無功補償裝置（如靜止無功補償器）和電力濾波器。常用的電力濾波器如圖1所示。

　　單調諧濾波器對某次諧波呈低電阻，因而僅對某次諧波調諧。單調諧濾波器的品質因數

，一般為30～60。

　　雙調諧濾波器的阻抗特性與兩個並聯的單調諧濾波器的阻抗特性相近似，因此它比較經濟，但調諧較難。

　　高通濾波器在高於某一頻率的很寬的頻率范圍內呈低阻抗Z_h≈R。高通濾波器的品質因數

，一般為0.7～1.4。

　　近年來，一些工業先進的國傢正在研究和試驗有源濾波器（圖2）。這是一種更有效抑制諧波的措施。將諧波源電流i(t)在時域內分解成與電源電壓波形一致並同相位的有功電流i_p(t)和無功電流i_q(t)（圖3），i_q(t)=i(t)-i_p(t)。由有源濾波器(又稱靜止無功電源)產生無功電流i_q(t)，註入系統，實時補償瞭負荷電流中的無功電流，因而電源網絡隻提供有功電流i_p(t)。當電源網絡電壓為正弦波形的情況下，i_p(t)亦為正弦波形，而i_q(t)包含瞭基波無功電流和全部諧波電流。

參考書目

　吳競昌等編：《電力系統諧波》，水利電力出版社，北京，1988。