波形畸变与电力谐波

　　国标：电压波动和闪变（GB12326—2000）(GB/T12326-2008)

　　波形畸变：波形畸变是由电力系统中的非线性设备引起的，流过非线性设备的电流和加在其上的电压不成比例关系。

　　电力谐波：任何周期性的畸变波形都可用正弦波形的和表示，其中，频率为基波频率整数倍的分量称为谐波（如我国电力系统的工频为50Hz，则基波为50Hz，二次谐波为100Hz，三次谐波为150Hz等），频率为基波频率整数倍的分量称为谐波，而一系列正弦波形的和称为傅里叶级数。

　　在一定的供电系统条件下，有些用电负荷会出现非整数倍的周期性电流的波动，不是基波整数倍频率的分数谐波称间谐波。次谐波是指频率低于工频基波频率的分量。

　　暂态过程中含有高频分量，但是和谐波却是两个完全不同的现象，电力系统仅在受到突然扰动之后，其暂态波形呈高频特性，但这些频率并不是谐波，与基波频率无关。

　　国标要求：

　　平常谐波计算一般用电力软件计算，当然用公式算好像也可以。

　　谐波源：传统电力系统中的主要谐波源是电力变压器，当代电力系统中的最主要的谐波源——非线性电力电子装置。

　　危害：

　　1）系统角度，谐波会导致一些不正常现象：一是超高压长线上，谐波电流若较大，潜供电弧熄灭会被延缓，单相重合闸可能会失败，扩大事故，消弧线圈接地的系统中同样存在这个问题；二是谐波分量较大的时候，可能引起保护误动或拒动，如零序三次谐波过大，可能引起接地保护误动；三是计量和测量误差，尤其对过零检测相位的表计来说，更为严重。

　　2）谐波引起设备的附加损耗，降低效率。尤其是对电容器组的影响，随着频率的提高，其介质损耗会明显增加；对输电线路来说，由于谐波频率高和趋肤效应的原因，线路电阻会增加，因而引起附件线损；同时变压器和电机等，都会引起一定附加的铜耗和铁损，产生局部过热。

　　3）加速绝缘老化，很大缩短设备寿命。谐波作用下，绝缘老化物理过程明显加剧，对电缆，电容器等危害很大。

　　4）可能产生局部的串联或并联谐振，并放大谐波水平。从而导致谐波支路中的设备因过电压或过电流而损坏。如在电容器装置中串接电抗率的电抗器后，可以对电网5次及以上谐波有抑制作用，但对5次以下谐波却有放大作用。

　　5）谐波对通信系统的干扰。若谐波频率接近载波频率，电力线载波通信和远动装置信号传输会被一定程度干扰，此外通过电磁、静电和传导耦合途径，也会对平行敷设的通信线路产生干扰。

　　控制措施：

　　电力谐波的抑制或减缓措施通常可分为预防性措施和补偿性措施。

　　预防性措施：

1）供电设备如电容器、变压器、发电机等在设计、制造、规划、配置等方面采取减少谐波的措施；

2）通过增加整流器的脉动数或采用可控整流限制电力谐波的主要来源整流器的谐波。

　　补偿性措施：

1）滤波器的应用；

2）改变馈线参数，采用馈电线重构或电容器改变安装位置等避免谐振。

　　无源电力滤波器：

　　对于大容量的谐波滤除工程，往往采用若干组单调谐滤波器（或者双调谐）与一组（或多组）高通滤波器配合使用的方案。

　　在滤波器参数初步确定后，滤波器参数的最终确定需结合滤波效果与无功功率补偿要求等进行修正。

　　无源滤波装置是目前应用最为广泛的谐波抑制手段，它是按照希望抑制的谐波次数专门量身制造的，但也存在着难以克服的缺陷：1、滤波特性受系统参数的影响较大，极易与系统或者其它滤波支路发生串并联谐振。2、只能消除特定的几次谐波，而对其他的某次谐波则会产生放大作用3、滤波、无功补偿、调压等要求之间有时难以协调4、谐波电流增大时，滤波器负担随之加重，可能造成滤波器过载，甚至损坏设备。5、有效材料消耗多，体积大。

　　有源滤波技术（APF）作为一种新型的谐波治理技术，与无源滤波技术相比，优势主要表现在以下几个方面：

　　实现动态补偿，可对频率和大小均变化的无功功率进行补偿，响应速度快；

　　有源滤波装置是一个高阻抗电流源，它的接入对系统阻抗不会产生影响，因此此类装置适合系列化，规模化生产；

　　当电网结构发生变化时装置受电网阻抗的影响不大，不存在谐振的危险；

　　补偿无功功率时不需要储能元件，补偿谐波时所需要的储能元件不大；

　　用同一台装置可同时补偿多次谐波电流和非整数倍次的谐波电流；

　　当线路中的谐波电流突然增大时有源滤波器不会发生过载，并能正常发挥作用；

　　装置可以仅输出所需要补偿的高次谐波电流，不输出基波无功功率。

　　有源滤波和无源滤波由于各自优势（无源成本低，有源成本高，动态补偿效果好），很多场合是混合使用的。