電網(wǎng)中諧波的基本特性和測量分析
　　摘要：近年來(lái)，隨著(zhù)我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，電網(wǎng)中非線(xiàn)性負荷用戶(hù)的比例不斷提高，由此而產(chǎn)生的供電電能質(zhì)量嚴重下降。特別是冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)及電氣化鐵路的發(fā)展，電力系統中的非線(xiàn)性負荷及沖擊性負荷日趨增加，對電網(wǎng)電能質(zhì)量的“污染”加劇，使電網(wǎng)的非線(xiàn)性（諧波）、非對稱(chēng)性(負序)和波動(dòng)性日趨嚴重。已引發(fā)電網(wǎng)不少異常和事故，治理好諧波，不僅能降低電能損耗，而且能延長(cháng)設備使用壽命，改善電磁環(huán)境，提高產(chǎn)品的品質(zhì)。電磁場(chǎng)測試儀 | 六角扳手 | 空氣品質(zhì)監測儀 | 電表 | 尖嘴鉗 | GPS | 濁度計 | 電流表 | 其它儀器 | 相序表 | 溫度記錄儀 | 金屬探測器 | 萬(wàn)能鉗 | 測試器 | 一氧化碳檢測器 | 測速儀��
　　 　　
　　一、諧波的基本特性和測量分析
　�。ㄒ唬�諧波基本特性。
　　諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率是基波頻率的整數倍數。理論上看，非線(xiàn)性負荷是電網(wǎng)諧波的主要產(chǎn)生因素。非線(xiàn)性負荷吸收電流和外加端電壓為非線(xiàn)性關(guān)系，這類(lèi)負荷的電流不是正弦波，且引起電壓波形畸變。周期性的畸變波形經(jīng)過(guò)傅立葉級數分解后，那些大于基頻的分量被稱(chēng)作諧波。
　　非線(xiàn)性負荷除了產(chǎn)生基頻整次諧波外，還可能產(chǎn)生低于基頻的次諧波，或高于基波的非整數倍諧波。電力系統中出現系統短路、開(kāi)路等事故，而導致系統進(jìn)入暫態(tài)過(guò)程引起的諧波，將不歸屬諧波治理的范疇。
　　要治理諧波改善供電品質(zhì)，需要了解諧波類(lèi)型。諧波按其性質(zhì)和波動(dòng)的快慢可分成四類(lèi)：準穩態(tài)諧波、波動(dòng)諧波、快速變化的諧波和間諧波四類(lèi)。因其多樣性和隨機性，在實(shí)際工作中，要精確評估諧波量值非常困難，所以在IEC6100-4-7標準中對前三類(lèi)諧波進(jìn)行了規定，推薦采用數理統計的方法對諧波進(jìn)行測量。兼顧數理統計和數據壓縮的需要，標準對測量時(shí)段以及通過(guò)測量值計算諧波值提出了建議。��
　　國標GB/T14549-1993采用觀(guān)察期3s有效測量的各次諧波均方根值的95%概率作為評價(jià)諧波的標準。為簡(jiǎn)便實(shí)用，將實(shí)測值按由大到小的方式排序，在舍去前5%個(gè)大值后剩余的最大值，近似作為95%的概率值。��
　�。ǘ�）諧波的測量及分析。
　　國標規定諧波測量時(shí)的運行方式為：電網(wǎng)正常供電時(shí)可能出現的最小運行方式，且應在諧波源工作周期中產(chǎn)生的諧波量最大的時(shí)段內進(jìn)行諧波電壓、電流的測試。當測量點(diǎn)附近安裝有電容器組時(shí)，應在電容器組的各種運行方式下進(jìn)行測量。測量的諧波次數一般為2-25次，根據諧波源的特點(diǎn)或測試分析結果做相應調整。諧波電流允許值的計算與三個(gè)參數有關(guān)：最小短路容量SK1、供用電設備容量St及協(xié)議容量Si。其中最小短路容量指的是正常最小運行方式下的短路容量；協(xié)議容量不包括起替換作用的冷備用容量；供用電設備容量和最小短路容量下的供電方式相對應。公用電網(wǎng)諧波GB/T14549-1993中規定：對于負荷變化快的諧波源，測量的間隔時(shí)間不大于2min，每次測量結果可為3s內所測值的平均值，測量次數一般不少于30次；對于慢變化諧波源測量的間隔及持續時(shí)間不作規定。目前，電能質(zhì)量監測儀都采用連續有縫的監測方式，即：測量的間隔時(shí)間大于3秒，一般為1至15分鐘�？蛇M(jìn)行如下測量：電壓偏差、頻率偏差、諧波、電壓波動(dòng)、閃變、三相不平衡度、電壓波動(dòng)和閃變、電壓驟升、驟降、中斷等。
　　在實(shí)際測量工作中，通常采用諧波測試儀來(lái)監測和分析諧波。一般來(lái)說(shuō)，將用戶(hù)接入公用電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)作為諧波監測點(diǎn)，測量該點(diǎn)的電壓和注入公共電網(wǎng)的電流后，通過(guò)對電壓和電流的分析，取得諧波測量資料。��
　　相對單點(diǎn)的諧波測量而言，從區域或整個(gè)電網(wǎng)角度來(lái)看，諧波源的定位和確定諧波模型進(jìn)而分析它是一個(gè)相對復雜的過(guò)程。諧波源定位，一般采用功率方向法和瞬時(shí)負荷參數分割法。而諧波模型分析的方法一般有三種：非線(xiàn)性時(shí)域仿真、非線(xiàn)性和線(xiàn)性頻率分析。三種方法的相同點(diǎn)是對電網(wǎng)作適當的線(xiàn)性化處理，只是在處理非線(xiàn)性設備時(shí)采取了不同的模擬方式。
　　在取得諧波測試結果后進(jìn)行分析，選擇測量時(shí)段內各相實(shí)測量值的95%概率值中最大的一相值，作為判斷諧波是否超過(guò)允許值的依據；根據公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值表判斷諧波電壓是否超標；根據公共連接點(diǎn)的全部用戶(hù)向該點(diǎn)注入的諧波電流允許值判斷諧波電流是否超標。
　　
　　二、電網(wǎng)中的諧波源
　　嚴格意義上講，電力網(wǎng)絡(luò )的每個(gè)環(huán)節，包括發(fā)電、輸電、配電、用電都可能產(chǎn)生諧波，其中產(chǎn)生諧波最多位于用電環(huán)節上。
　　發(fā)電環(huán)節。
　　發(fā)電機是由三相繞組組成的，理論上講，發(fā)電機三相繞組必須完全對稱(chēng)，發(fā)電機內的鐵心也必須完全均勻一致，才不致造成諧波的產(chǎn)生，但受工藝、環(huán)境以及制作技術(shù)等方面的限制，發(fā)電機總會(huì )產(chǎn)生少量的諧波。��
　　輸、配電環(huán)節。
　　輸電和配電系統中存在大量的電力變壓器。因變壓器內鐵心飽和，磁化曲線(xiàn)的非線(xiàn)特性以及額定工作磁密位于磁化曲線(xiàn)近飽和段上等諸多因素，致使磁化電流呈尖頂形，內含大量奇次諧波。變壓器鐵心飽和度越高，其工作點(diǎn)偏離線(xiàn)性就越遠，產(chǎn)生的諧波電流就越大，嚴重時(shí)三次諧波電流可達額定電流的5%。
　　用電環(huán)節。
　　用電環(huán)節諧波源更多，晶閘管式整流設備、變頻裝置、充氣電光源以及家用電器，都能產(chǎn)生一定量的諧波。��
　　晶閘管整流技術(shù)在電力機車(chē)、充電裝置、開(kāi)關(guān)電源等很多方面被普遍采用。它采用移相原理，從電網(wǎng)吸收的是半周正弦波，而留給電網(wǎng)剩下的半周正弦波，這種半周正弦波分解后能產(chǎn)生大量的諧波。有統計表明，整流設備所產(chǎn)生的諧波占整個(gè)諧波的近40%，是最大的諧波源。��
　　變頻原理常用于水泵、風(fēng)機等設備中，變頻一般分為兩類(lèi)：交-直-交變頻器和交-交變頻器。前者將380V50Hz工頻電源經(jīng)三相橋式可控硅整流，變成直流電壓信號，濾波后由大功率晶體開(kāi)關(guān)元件逆變成可變頻率的交流信號。后者將固定頻率的交流電直接轉換成相數一致但頻率可調的交流電。兩者均采用相位控制技術(shù)，所以在變換后會(huì )產(chǎn)生含復雜成分(整次或分次)的諧波。因變頻裝置一般具有較大功率，所以也會(huì )對電網(wǎng)造成嚴重的諧波污染。��
　　充氣電光源和家用電器更是常見(jiàn)的諧波源，如熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化物燈應用氣體放電原理發(fā)光，其伏安特性具有明顯的非線(xiàn)性特征。計算機、電視機、錄像機、調光燈具、調溫炊具、微波爐等家用電器，因內置調壓整流元件，會(huì )對電網(wǎng)產(chǎn)生高次奇諧波；電風(fēng)扇、洗衣機、空調器含小功率電動(dòng)機，也會(huì )產(chǎn)生一定量的諧波。這類(lèi)設備功率雖小，但數量多，也是電網(wǎng)諧波源中不可忽視的因素。