電網(wǎng)電能質(zhì)量的分析及監(jiān)測(cè)

1、電網(wǎng)電能質(zhì)量的分析及諧波治理姓名： 孫士云 學(xué)號(hào)：08B3060151研究的意義 良好的電能質(zhì)量是保證電力設(shè)施和用電設(shè)備安全、可靠、高效運(yùn)行的基礎(chǔ)。隨著生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展，用電負(fù)荷日益增長(zhǎng)，各種基于微處理器的控制系統(tǒng)和基于半導(dǎo)體功率器件的電力電子設(shè)備的應(yīng)用迅速增加，節(jié)能和環(huán)保要求也不斷提高，與此密切相關(guān)的電能質(zhì)量問題日益受到更多的關(guān)注。對(duì)電能質(zhì)量實(shí)施有效控制，已逐漸成為提高設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量和節(jié)能降耗的重要方面。譬如油田配電網(wǎng)具有用電容量大、設(shè)備分散、配電線路長(zhǎng)等特點(diǎn)，對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量實(shí)施有效的監(jiān)測(cè)控制更為重要。對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量狀況進(jìn)行系統(tǒng)的檢測(cè)與分析，是進(jìn)行電能質(zhì)量問題治理實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量有效控制的基礎(chǔ)

2、。2電能質(zhì)量及其分析與評(píng)價(jià)準(zhǔn)則2 .1電能質(zhì)量問題的背景一個(gè)理想的電力系統(tǒng)應(yīng)以恒定的頻率(50Hz或60Hz)和正弦的波形，按規(guī)定的電壓水平對(duì)用戶供電。在三相交流電力系統(tǒng)中，各相的電壓和電流應(yīng)處于幅值大小相等、相位互差120。的對(duì)稱狀態(tài)。因此，在輸配電系統(tǒng)中常用頻率、有效值、波形質(zhì)量和三相電壓的對(duì)稱度來描述其運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)劣。由于系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的變化、電網(wǎng)規(guī)劃的不恰當(dāng)、電力負(fù)荷本身存在的各種問題以及其他不可預(yù)見的電力系統(tǒng)故障等原因，理想狀態(tài)在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中并不存在，因此就提出了電能質(zhì)量的概念。電能質(zhì)量問題的提出由來已久，可以說基本上同電力系統(tǒng)自身的發(fā)展同步，并隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而不斷增添新的內(nèi)容。在

3、電力系統(tǒng)發(fā)展的早期，電力負(fù)荷的組成比較簡(jiǎn)單，主要由同步電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)和各種照明設(shè)備等線性負(fù)荷組成，因此衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)也比較簡(jiǎn)單，主要有頻率偏移和電壓 偏移兩種。進(jìn)入上世紀(jì) 80年代以來，電能質(zhì)量問題逐漸引起電力公司和電力用戶 的廣泛關(guān)注，其原 因是多方面的，歸納起來主要有以下四點(diǎn)：(1) 現(xiàn)代用電設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量的要求比傳統(tǒng)設(shè)備更高，許多新的電器和裝置都帶有基于微處理器的控制器和功率電子器件，它們對(duì)各種電磁干擾都極為敏感。(2) 對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行總效率的重視程度不斷加強(qiáng)，特別在用電設(shè)備方面表現(xiàn)突出。例如，高效率電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)、為降低損耗和校正功率因數(shù)而采用的并聯(lián)電容補(bǔ)償器，以及用戶大量的電子

4、設(shè)備等。但這些設(shè)備的使用又會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)諧波污染，更廣義的稱為電氣環(huán)境污染，致使供電電壓干擾水平加重，對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來直接的或潛在的危害。(3) 電力用戶已提高了對(duì)電能質(zhì)量的認(rèn)識(shí)，正在了解諸如供電間斷、電壓凹陷、電路通斷引起的暫態(tài)現(xiàn)象等實(shí)際問題。為滿足高科技生產(chǎn)流程的需要，維護(hù)用電設(shè)備的正常運(yùn)行，越來越多的用戶向電力部門提出了高質(zhì)量供電的要求，甚至通過簽定供電合同和質(zhì)量協(xié)議的方式以獲得保證。(4) 電力網(wǎng)的各個(gè)部分都是相互聯(lián)系的，因此綜合協(xié)調(diào)處理至關(guān)重要。任何一個(gè)局部的故障或事 件都有可能造成大面積的影響，甚至是重大損失。這迫使供電部門在保證向用戶提供優(yōu)質(zhì)電力的同時(shí)，還需極力避免遭受用電設(shè)備

5、產(chǎn)生的電力干擾，維護(hù)電網(wǎng)安全運(yùn)行。因此電能質(zhì)量已經(jīng)成為一項(xiàng)系統(tǒng)工程問題。2 .2電能質(zhì)量的定義 對(duì)于電能質(zhì)量的定義，電力公司、電力設(shè)備生產(chǎn)廠家和電力用戶各有各的觀點(diǎn)。電力公司常將 電能質(zhì)量定義為供電可靠性并用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來表示。顯然，這個(gè)定義僅僅考慮了電力公司對(duì)用戶保持持續(xù)供電的能力，而忽略了系統(tǒng)運(yùn)行條件對(duì)用戶設(shè)備性能的影響。電力設(shè)備生產(chǎn)廠家則將電能質(zhì)國(guó)量定義為能使設(shè)備正常運(yùn)行的供電特征，因此不同的設(shè)備制造商往往存在不同的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。電力用戶則可能把電能質(zhì)量簡(jiǎn)單定義為是否向負(fù)荷正常供電，將電能質(zhì)量問題定義為導(dǎo)致用戶設(shè)備性能降低、失效或誤動(dòng)作的電壓、電流或頻率偏移等任何電能問題。由此可以看出，電能

6、質(zhì)量實(shí)際是對(duì)可能引起電氣設(shè)備電能質(zhì)量問題的各種類型電力系統(tǒng)干擾問題的總稱。就其本質(zhì)來講，電能質(zhì)量其實(shí)是電壓質(zhì)量，主要描述輸配電電壓偏離其理想狀態(tài)的程度，內(nèi)容涉及頻率偏移、長(zhǎng)期電壓偏移、短期電壓偏移、電磁暫態(tài)、三相不平衡、波形失真、電壓波動(dòng)和閃變等共七類電磁現(xiàn)象。2 3 電能質(zhì)量問題的具體內(nèi)容及其危害(1) 頻率偏移 頻率偏移是電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，它定義為電力系統(tǒng)基波頻率偏離額定頻率的程度。大 容 量負(fù)荷或發(fā)電機(jī)的投切以及控制設(shè)備不完善都有可能導(dǎo)致頻率偏移。在電網(wǎng)中如果發(fā)生較大頻率偏 移可能導(dǎo) 致電網(wǎng)瓦解和安全方面的嚴(yán)重后果， 因此電網(wǎng)中均具備對(duì)運(yùn)行頻率的嚴(yán)格監(jiān)測(cè)與控制措施； 同時(shí)，電壓頻率

7、決 定于發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)速，在電力的輸送和分配過程中不會(huì)發(fā)生變化，易于集中 控制；因此，在大電網(wǎng)中有害頻 率偏移發(fā)生的概率極低。但在小水電、中小型柴油發(fā)電機(jī)等供電時(shí) 較易發(fā)生頻率偏移。對(duì)電力用戶而言，頻率偏 移會(huì)直接影響電機(jī)轉(zhuǎn)速和效率，進(jìn)而影響系統(tǒng)正常運(yùn) 行或產(chǎn)品質(zhì)量；頻率降低引起異步電機(jī)和變壓器激磁電流增 加，所消耗的無功功率增加，惡化了電 力系統(tǒng)的電壓水平；對(duì)于以供電頻率作為時(shí)間基準(zhǔn)的設(shè)備會(huì)產(chǎn)生較大的影 響；嚴(yán)重頻率偏移可導(dǎo)致 設(shè)備工作異常甚至損壞；頻率的變化還可能引起系統(tǒng)中濾波器的失諧和電容器組發(fā)出的 無功功率變 化。(2) 長(zhǎng)期電壓偏移 當(dāng)超過規(guī)定限值的電壓偏移持續(xù)時(shí)間超過 1min

8、時(shí)可以定義為長(zhǎng)期電壓偏移。 可分為持 續(xù)中斷、 欠電 壓( 電壓降低到標(biāo)稱值的 80%? 90%)和過電壓 (電壓有效值上升到標(biāo)稱值的II 0%? 1 20 %)三種情況。長(zhǎng)期電壓偏移的產(chǎn)生通常與輸、配電系統(tǒng)中的故障、電壓調(diào)節(jié)不當(dāng)或功率因數(shù)補(bǔ)償不當(dāng)?shù)纫蛩?有關(guān)，也與負(fù) 荷及功率因數(shù)變化導(dǎo)致的線路壓降變化等因素有關(guān)。長(zhǎng)時(shí)電壓偏移過大會(huì)對(duì)電力系統(tǒng) 的正常運(yùn)行產(chǎn)生不利影響， 主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：各種電力及用電設(shè)備均是按照其標(biāo)稱工作電壓設(shè)計(jì)的， 長(zhǎng)期電壓偏移必將會(huì)導(dǎo)致設(shè)備性能下降、 失常甚至 損壞。例如：電壓降低引起異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩減小、轉(zhuǎn)速降低，電壓減小10 %；電動(dòng)機(jī)軸端負(fù)荷恒定時(shí)，滑差增大約

9、 06%；若轉(zhuǎn)速不變，則轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩下降約 20 % ；負(fù)荷率為 85%的電動(dòng) 機(jī)，電壓降低 10%? 15%時(shí)則可能失去穩(wěn)定性。電壓降低引起照明設(shè)備的效率降低，使對(duì)電網(wǎng)電壓 敏感的電子 設(shè)備不能正常工作；對(duì)于有恒定功率需求的設(shè)備，欠電壓往往會(huì)導(dǎo)致電流增加而使銅損 增加，損耗與溫升增加， 效率降低。電壓過低還會(huì)引起補(bǔ)償電容器組輸出無功減少，嚴(yán)重時(shí)可能引 起連鎖反應(yīng)而導(dǎo)致全網(wǎng)性的電壓崩潰。 電壓升高損害電氣設(shè)備的絕緣，使變壓器、電動(dòng)機(jī)等以電磁 感應(yīng)為基礎(chǔ)的電工設(shè)備激磁電流增加甚至工作在飽和 狀態(tài)，致使設(shè)備過熱甚至燒毀并產(chǎn)生有害的諧 波電流；電壓過高還會(huì)增加電力電子設(shè)備、功率電子器件、電容器 等的電壓

10、應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致器件 擊穿損壞。(5) 短期電壓偏移這是另一類電壓質(zhì)量問題， 只是與長(zhǎng)期電壓偏移相比， 其持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短， 最長(zhǎng)不超過 Imin 。 它包 括三種情況：供電間斷、電壓凹陷和電壓突起。 供電間斷供電間斷是指供電電壓或電流降到標(biāo)稱值的1 0 %以下，持續(xù)時(shí)間不超過 Imin 的電能質(zhì)量問題。 產(chǎn)生供電間斷的原因既有可能是由于雷擊輸電線或配電線、樹木傾倒、刮風(fēng)等原因而造成的電力系 統(tǒng)瞬時(shí) I 生故障，也 有可能是因?yàn)樵O(shè)備失效或控制裝置的誤動(dòng)作而引起的不正常工作狀態(tài)，但以前 者居多。供電間斷的恢復(fù)時(shí)間因安 裝的保護(hù)裝置的性質(zhì)而異，但一般在 30s 以內(nèi)。由于控制裝置誤 動(dòng)作或斷線引起

11、的供電間斷，持續(xù)時(shí)間無規(guī)律可循，也有可能發(fā)展為長(zhǎng)期供電中斷。 電壓凹陷電壓凹陷是指工頻電壓降低到標(biāo)稱值的10%? 90%之間，持續(xù)時(shí)間在 0.5 個(gè)工頻周期到 Irain之間的電壓質(zhì)量問題。瞬時(shí)性電壓故障往往也以電壓凹陷開始。大電力負(fù)荷的投入、大容量電容器 的切除、大電 機(jī)或多個(gè)電機(jī)的同時(shí)啟動(dòng)都有可能引起鄰近負(fù)荷的電壓凹陷。變電站內(nèi)某條配電線路 的單相接地故障也有可能引 起鄰近饋電線路的電壓凹陷。單相接地故障引起的電壓凹陷，持續(xù)時(shí)間 一般在 3U30 個(gè)工頻周期之間，這主要 依賴于斷路器的切除時(shí)間。大容量電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流 數(shù)倍于電動(dòng)機(jī)的額定電流，產(chǎn)生的后果類似于電力系 統(tǒng)故障，電壓凹陷的

12、持續(xù)時(shí)間與電動(dòng)機(jī)啟動(dòng) 時(shí)間有關(guān)，約在數(shù)秒以內(nèi)。 電壓突起電壓突起是指工頻電壓有效值上升到標(biāo)稱值的 II0 %? 1 80 %之間，持續(xù)時(shí)間在 0. 5工頻周期 到 Irain 之 間的電壓質(zhì)量問題。單相接地故障會(huì)引起非故障相的電壓突起，另外，大電力負(fù)荷的切 除或電容器柜的充電也會(huì) 導(dǎo)致類似的電壓質(zhì)量問題。它的持續(xù)時(shí)間與電壓凹陷基本類似。對(duì)于短期電壓偏移問題的重視是近十幾年來的事情，主要原因在于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用和自動(dòng)化控制系統(tǒng)的不斷精細(xì)化。對(duì)于一個(gè)計(jì)算中心來說， 2s 的供電間斷或電壓凹陷會(huì)造成計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)的工作紊亂，使處理了幾個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)損壞，或者使成千上萬元的業(yè)務(wù)作廢。解決短期電壓

13、偏移問題，既可以在負(fù)荷側(cè)進(jìn)行，也可以通過改造配電網(wǎng)來達(dá)到目的，但目前主要集中在負(fù)荷側(cè)。 為了降低這些電能質(zhì)量問題 對(duì)生產(chǎn)和生活的影響，用戶不得不架設(shè)雙路配電線和裝設(shè)備用電源、不 間斷電源、穩(wěn)壓器等各類電氣裝置。提高 配電網(wǎng)的自動(dòng)化程度、改造配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)會(huì)在某種程度上 解決短期電壓偏移問題，而用戶電力技術(shù)的發(fā)展則為在 系統(tǒng)側(cè)解決短期電壓偏移問題提供了新的手 段，即在饋電線上裝設(shè)動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器。動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器由換流器、 儲(chǔ)能設(shè)備 （ 電容器或蓄電池組 ） 以及串聯(lián)在饋電線路上的串聯(lián)變壓器組成。當(dāng)出現(xiàn)電壓凹陷或間斷時(shí)，它會(huì)通過串聯(lián)變壓器向饋電 線疊加一個(gè)精 確的補(bǔ)償電壓以消除短期電壓偏移的 影響。（

14、 4） 電磁暫態(tài) 電磁暫態(tài)是指電力系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，電壓或電流數(shù)值的暫時(shí) 性非 工頻變化，它沒有方向性，既有可能為正值，也有可能為負(fù)值。產(chǎn)生電磁暫態(tài)的主要原因有雷電波 沖擊和 電力系統(tǒng)故障等，可分為沖擊暫態(tài)和振蕩暫態(tài)兩類。 沖擊暫態(tài) 沖擊暫態(tài)定義為電壓或電流在穩(wěn)態(tài)下突然的非工頻變化，變化是單方向的，通常表現(xiàn)為電壓 尖 峰、電涌或瞬態(tài)過電壓，常用其幅值、上升時(shí)間和延遲時(shí)間來描述。產(chǎn)生沖擊暫態(tài)的主要途徑就是 雷電。沖 擊暫態(tài)常常導(dǎo)致電氣設(shè)備因?yàn)檫^電壓而損害，還有可能激發(fā)電力系統(tǒng)的自然振蕩而導(dǎo)致振 蕩暫態(tài)。為此，電力線 路等重要的電力設(shè)備都采取各種有效的避雷措施。 振蕩暫態(tài)

15、振蕩暫態(tài)定義為電壓或電流在穩(wěn)態(tài)下突然的非 工頻變化，變化是雙向的，通常表現(xiàn)為短時(shí)衰減 震蕩，常用頻譜成分 （ 主導(dǎo)頻率 ）、持續(xù)時(shí)間和幅值進(jìn)行描 述。根據(jù)其頻譜范圍，振蕩暫態(tài)可分為高、 中、低三種情況。高頻振蕩暫態(tài)的主導(dǎo)頻率一般在 0. 5? 5MHz 之 間，持續(xù)時(shí)間約為幾個(gè)微秒，它往 往是受當(dāng)?shù)氐臎_擊暫態(tài)激發(fā)而引起的。中頻振蕩暫態(tài)的主導(dǎo)頻率在 5? 500kHz 之間，持續(xù)時(shí)間約為 幾十個(gè)毫秒。背靠背電容器的充電、電纜線路的投切以及沖擊暫態(tài)的激發(fā)都會(huì)產(chǎn)生主導(dǎo)頻率為幾十千赫的振蕩暫態(tài)。主導(dǎo)頻率低于 5kHz, 持續(xù)時(shí)間在 0. 3? 50ms 之間的暫態(tài)稱為低頻振蕩暫態(tài)。低 圈頻振蕩暫態(tài)在輸

16、配電系統(tǒng)中經(jīng)常遇到，很多情況都可能導(dǎo)致低頻振蕩暫態(tài)。電容器柜的充電會(huì)產(chǎn)生主導(dǎo)頻率在300 900Hz 之間，峰值約為 2 倍正常電壓的低頻振蕩暫態(tài)。配電網(wǎng)中存在的主導(dǎo)頻率 低于 300Hz 的低頻振蕩 暫態(tài)，主要同配電網(wǎng)中的鐵磁諧振現(xiàn)象和變壓器充電而產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流有關(guān)。 電磁暫態(tài)的主要危害為破壞電氣設(shè) 備的絕緣、電壓擊穿半導(dǎo)體器件和其他電子器件、燒毀電路板； 導(dǎo)致額外損耗、設(shè)備絕緣和零部件提前老化、設(shè) 備性能劣化、壽命縮短；干擾電子設(shè)備和電力電子 器件的正常工作、導(dǎo)致設(shè)備誤操作或功能失常；造成數(shù)據(jù)處理 程序出錯(cuò)、數(shù)據(jù)文件部分破壞、數(shù)據(jù) 傳輸錯(cuò)誤、通訊干擾等。（5） 三相不平衡 三相不平衡定義為

17、相電壓或相電流對(duì)于三相電壓或電流平均值偏移的最大值。在三相電力 系統(tǒng) 中，三相不平衡的程度常用負(fù)序和零序分量與正序分量有效值之比來表征。三相電壓或電流不平衡 的產(chǎn)生 既有設(shè)計(jì)方面的原因，如單相電氣設(shè)備三相分布的嚴(yán)重不對(duì)稱，也有大容量單相負(fù)荷存在的 客觀條件，如單相電 氣機(jī)車，電弧爐等；另外，運(yùn)行故障也會(huì)導(dǎo)致三相不平衡的產(chǎn)生。三相電壓不平衡對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的危害最大， 會(huì)導(dǎo)致 5? 7 倍電流不平衡，負(fù)序電流流入同步電機(jī)或 異步電機(jī)，會(huì)使電機(jī)因產(chǎn)生附加損耗而過熱、產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩而增加電機(jī)震動(dòng)，導(dǎo)致效率降低、壽命縮短甚至過熱燒毀；額定轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)，如長(zhǎng)期在負(fù)序電壓含量大于2的狀態(tài)下運(yùn)行，由于發(fā)熱，其絕緣壽

18、命縮短約一半，如果某相電壓高于額定值，則其壽命縮短更嚴(yán)重；凸極式同步電機(jī)對(duì)負(fù)序分量存在很強(qiáng)的諧波變換效應(yīng)，三相不平衡會(huì)導(dǎo)致同步電機(jī)產(chǎn)生電力諧波，污染電力系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán) 境。對(duì)三相整流系統(tǒng)的晶閘 管而言，三相電壓不平衡不僅會(huì)增加控制的困難，還會(huì)導(dǎo)致非特征諧波 的產(chǎn)生。零序電流的存在會(huì)對(duì)鄰近的通信 線路產(chǎn)生很強(qiáng)的干擾。解決三相不平衡問題要從系統(tǒng)設(shè)計(jì) 和補(bǔ)償兩個(gè)環(huán)節(jié)人手：一方面盡量對(duì)稱分布單相負(fù)荷， 并對(duì)大容量單相負(fù)荷裝設(shè)相應(yīng)的補(bǔ)償裝置； 另一方面可以考慮安裝專門的電壓或電流平衡裝置。（6）波形失真 波形失真定義為理想工頻正弦波的穩(wěn)態(tài)偏移，常用其頻譜含量來描述。波形失真主要包括五個(gè) 方面的內(nèi)容：直流偏

19、移、諧波、間諧波、陷波和噪聲。 直流偏移交流電網(wǎng)中如果存在直流電壓或電流，則稱為直流偏移。產(chǎn)生直流偏移的主要原因是由于地磁 暴產(chǎn)生的電 磁干擾和電網(wǎng)中半波整流設(shè)備的存在。直流電流流過電力變壓器會(huì)引起電力變壓器的直 流偏磁，產(chǎn)生附加損耗而 過熱并降低其使用壽命。直流電流還會(huì)導(dǎo)致接地體或其他聯(lián)接器具的電化 腐蝕。 諧波 諧波定義為具有供電系統(tǒng)基波整數(shù)倍頻率的正弦電壓或電流。導(dǎo)致波形失真的原因是非線性負(fù) 荷的存在。 諧波失真水平可以用每個(gè)單一諧波成分的幅值和相位描述， 也可以用某一個(gè)特定的參數(shù)， 如諧波失真度來描述。諧波失真度或畸變率 （THD）是評(píng)價(jià)電力系統(tǒng)中諧波含量的主要指標(biāo)，它定義為各次諧波分

20、量總有效值與基波分量有效值之比。然而，這一參數(shù)往往會(huì)使人們產(chǎn)生誤解。例如，當(dāng)調(diào)速電機(jī)輕載時(shí)，盡管諧波失真度很高，但諧波電流的幅值卻很小，對(duì)電力系統(tǒng)的危害也不嚴(yán)重。為了統(tǒng)一描述諧波電流的危害水平，于是人們又提出了需量失真度仃DD）的概念，它定義為各次諧波分量的總有效值與額定負(fù)載電流的有效值之比。諧波污染對(duì)電力設(shè)備的危害是嚴(yán)重的，主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：諧波電流在旋轉(zhuǎn)電機(jī)繞組中流通，使電機(jī)產(chǎn)生附加功率損耗而過熱，產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩和噪聲；引起無功補(bǔ)償電容器組諧振和諧波電流放大，導(dǎo)致電容器組因過負(fù)荷或過電壓而損壞，對(duì)電力電纜也會(huì)造成過負(fù)荷或過電壓而損壞；增加電力設(shè)施負(fù)荷，特別由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的存 在

21、，使輸電線路、變壓器等因產(chǎn)生附加損耗而過熱； 電壓或電流波形的畸變改變了電壓或電流的變 化率，增加介質(zhì)應(yīng)力和過電壓，影響斷路器的斷路容量，對(duì)晶閘管 的使用壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響；對(duì)繼 電保護(hù)和自動(dòng)控制裝置產(chǎn)生干擾和造成誤動(dòng)或拒動(dòng)；使計(jì)量?jī)x表，特別是感應(yīng)式 電能表產(chǎn)生計(jì)量誤 差；造成通信干擾。對(duì)電力系統(tǒng)諧波的研究近年來主要集中于分析和治理兩個(gè)方面。對(duì)于前者，目前已經(jīng)提出了基于牛頓一拉夫遜迭代的諧波潮流理論、基于研究網(wǎng)絡(luò)注入電流響應(yīng)的諧波擴(kuò)散理論和基于狀態(tài)估計(jì)和同步量測(cè)技術(shù)的諧波狀態(tài)估計(jì)理論。諧波治理一般從兩個(gè)方面人手，一方面限制用戶向系統(tǒng)注入的諧波電流水平，另一方面應(yīng)設(shè)法消除電網(wǎng)中的諧波成分。對(duì)于前者

22、，主要通過在電力電子設(shè)備中 采用新技術(shù)，限制諧波電流的注入量，如選擇性諧波 消隱技術(shù)和功率因數(shù)校正技術(shù)。對(duì)于后者，主 要通過在電網(wǎng)中裝設(shè)濾波器來實(shí)現(xiàn)。 間諧波 間諧波定義為具有供電系統(tǒng)基波頻率非整數(shù)倍頻率的正弦電壓或電流，它常表現(xiàn)為離散頻率或?qū)拵ьl譜。間諧波廣泛存在于各級(jí)電網(wǎng)中，產(chǎn)生的主要原因是靜止頻率變換器、變頻器、感應(yīng)電機(jī)和電弧設(shè)備等。 電力線路上的載波信號(hào)也可以認(rèn)為是間諧波。 間諧波會(huì)引起同諧波干擾同樣的危害， 還會(huì)干擾載波信號(hào)和 引起 CRT 等顯示設(shè)備的閃爍干擾。 陷波 陷波是由于換流器換相而產(chǎn)生的周期性電壓干擾，它也可以利用傅立葉變換分解成一系列諧波 級(jí)數(shù)。由于諧波次數(shù)普遍較高且諧

23、波幅值不大，所以一般不予考慮。 噪聲噪聲是指疊加在每相電壓或電流、中性線或信號(hào)線之上的，頻率超過20kHz 的不希望的電氣信號(hào)。電力電子設(shè)備、控制電路、電弧裝置、固態(tài)整流器以及供電系統(tǒng)的投切都會(huì)產(chǎn)生電磁噪聲。噪聲會(huì)影響微機(jī)和可編程控制器的正常工作，裝設(shè)濾波器和隔離變壓器會(huì)有效降低電磁噪聲的影響（7）電壓波動(dòng)和閃變 電壓波動(dòng)是指工頻電壓包絡(luò)線的一系列變動(dòng)或周期變化，常以其相鄰的方均根值（或峰值 ）的極值之差相對(duì)于額定值的百分?jǐn)?shù)表示，其變化范圍通常在額定值的±10之內(nèi)。電弧爐和軋鋼機(jī)等大容量沖擊性負(fù)荷的存在是引起電壓波動(dòng)和閃變的根本原因。電壓波動(dòng)的主要影響就是引起白熾燈等照明設(shè)備、電視機(jī)

24、等電器設(shè)備的閃爍現(xiàn)象。為了降低電壓波動(dòng)和閃變的影響，人們采用兩種方法：一是盡量降低沖擊負(fù)荷接入點(diǎn)的系統(tǒng)阻抗；二是裝設(shè)電壓波動(dòng)補(bǔ)償裝置。24 電能質(zhì)量問題的起因與責(zé)任電能既是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、清潔且容易控制和轉(zhuǎn)換的能源形態(tài)，又是電力部門向電力用戶提供的一種特殊產(chǎn)品，它同樣具有產(chǎn)品的若干特征，如可被測(cè)量、預(yù)估、保證或改善。如今，“電能”作 為走進(jìn)市場(chǎng)的商品，與其它商品一樣，無疑也應(yīng)講求質(zhì)量。然而與其它產(chǎn)品不同的是，提供優(yōu)質(zhì)電能是由發(fā)電、供電、用電三方共同保證的。實(shí)際上，發(fā)、 供電系統(tǒng) 只能夠控制電壓的高低和頻率，而不能控制某一負(fù)載汲取電流的大小和波形。系統(tǒng)在實(shí)際 運(yùn)行時(shí)，電壓與電流之 間總是存在著不

25、可分割的緊密聯(lián)系，盡管發(fā)電機(jī)提供了幾乎純正弦的電壓， 但通過系統(tǒng)阻抗的電流可能造成對(duì)公 共連接 （PC C） 電壓的擾動(dòng)而使之變化，如：短路電流可能引起 電壓的跌落，或者完全消失；雷電電流注入系統(tǒng)引起沖擊電壓，造成頻繁的絕緣閃絡(luò)，還可能導(dǎo)致 如短路故障等 其他現(xiàn)象的產(chǎn)生； 諧波源負(fù)荷注入的畸變電流流經(jīng)系統(tǒng)阻抗時(shí)也使母線電壓發(fā)生畸變， 該母線上的其它電力用戶 將承受非正弦波電壓等等。因此，大多數(shù)電能質(zhì)量問題并不是源于電能的 生產(chǎn)過程，而是源于電能的輸送、分配 和使用過程。除自然因素和配電操作導(dǎo)致的問題以外，電力 用戶也是導(dǎo)致各種電能質(zhì)量問題的重要因素。因此關(guān) 于電能質(zhì)量問題一直存在許多分歧和爭(zhēng)論

26、，主 要表現(xiàn)在園電能質(zhì)量問題發(fā)生的原因與責(zé)任上，供用電雙方從認(rèn)識(shí) 和看法上往往存在很大的不同。 例如，為適應(yīng)用戶負(fù)載功率因數(shù)的變化，配電系統(tǒng)中經(jīng)常需要進(jìn)行電容器投切操 作，有可能引起暫 態(tài)過電壓而損壞用戶設(shè)備， 也可能造成用戶設(shè)備掉電， 此時(shí)用電方會(huì)簡(jiǎn)單地抱怨供電質(zhì)量太差， 以 至于投訴； 當(dāng)電網(wǎng)某處發(fā)生短路故障， 很可能在一些負(fù)荷公共連接點(diǎn)出現(xiàn)不同程度的短時(shí)電壓凹陷， 其結(jié)果 造成某工廠的變頻驅(qū)動(dòng)裝置掉電，而供電方可能會(huì)認(rèn)為對(duì)該工廠的電力供應(yīng)是正常的；電壓 的波形畸變往往是由 于電力用戶負(fù)載向電網(wǎng)注入大量諧波電流引起的； 三相電壓的不平衡往往與電 力用戶負(fù)載三相電流的不平衡有關(guān)； 由于電力用

27、戶電氣設(shè)備硬件老化、軟件不成熟或者控制系統(tǒng)不 可預(yù)知的錯(cuò)誤動(dòng)作，可能引起故障而使電能質(zhì)量受 到影響等等。因此，在更廣泛的意義上講，電能質(zhì)量還應(yīng)包括電力用戶對(duì)電能的使用質(zhì)量，其本質(zhì)是用戶電 力負(fù)荷從電網(wǎng) 汲取電流的質(zhì)量。很多情況下，用戶設(shè)備導(dǎo)致的電能質(zhì)量問題，對(duì)配電設(shè)施、其它用 戶以及用戶自身都造成了不 良影響。對(duì)電能質(zhì)量的評(píng)價(jià)與控制應(yīng)包括電壓和電流兩個(gè)方面，也正因 如此，國(guó)際國(guó)內(nèi)關(guān)于電能質(zhì)量限制標(biāo)準(zhǔn)幾 乎無一例外地包含對(duì)這兩個(gè)方面的限制?，F(xiàn)代電網(wǎng)與負(fù)荷 構(gòu)成的發(fā)展變化是工業(yè)生產(chǎn)不斷發(fā)展的必然結(jié)果，有利 于電力用戶提高生產(chǎn)率并獲得更大的經(jīng)濟(jì)效 益。同時(shí)，采用高效電力負(fù)荷設(shè)備可大量節(jié)約能源、延緩用

28、電需求， 從而節(jié)省電力建設(shè)所需的大量 投資。因此提高供電質(zhì)量、滿足生產(chǎn)發(fā)展的需求已經(jīng)成為供用雙方共同的愿望。深 入分析和研究電 能質(zhì)量問題，探尋在一定條件下發(fā)生電能質(zhì)量問題的因果關(guān)系，明確責(zé)任和義務(wù)，也是電力工業(yè) 適 應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和可持續(xù)發(fā)展所必需的。2. 5 關(guān)于電能質(zhì)量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)準(zhǔn)則（ 1） 關(guān)于電能質(zhì)量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)目前我國(guó)關(guān)于電網(wǎng)電能質(zhì)量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有以下 5 個(gè)：GB/T 15945 1995 電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差 GB/T 12325 90 電能質(zhì)量供電電壓允許偏差GB 12326-2000 電能質(zhì)量電壓允許波動(dòng)和閃變GB/ T 15543 1 995 電能質(zhì)量三相電壓允許不

29、平衡度GB/T 14549 93 電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波（ 2） 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電能質(zhì)量的要求以上國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將對(duì)電能質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)限制要點(diǎn)歸納如下： 供電頻率允許偏差電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為土 0. 2Hz 。當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)偏差值可以放寬到土 0. 5Hz 。 用戶沖擊負(fù)荷引起的系統(tǒng)頻率變動(dòng)一般不得超過土 0. 2Hz, 根據(jù)沖擊負(fù)荷性質(zhì)和大小以及系統(tǒng) 的條件也可適當(dāng)變動(dòng)限值，但應(yīng)保證近區(qū)電力網(wǎng)、發(fā)電機(jī)組和用戶的安全、穩(wěn)定運(yùn)行以及正常供電。 供電電壓允許偏差35kV 及以上供電電壓正、負(fù)偏差的絕對(duì)值之和不超過標(biāo)稱系統(tǒng)電壓的10 %。注：如供電電壓上10kV及以下三相供電電壓允許偏下偏差同號(hào)（均為正

30、或負(fù)）時(shí)，按較大的偏差絕對(duì)值作為衡量依據(jù)。+7%, -10 %對(duì)供電電差為標(biāo)稱系統(tǒng)電壓的士7% 220V單相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱系統(tǒng)電壓的壓允許偏差有特殊要求的用戶，由供用電雙方協(xié)議確定。 電壓允許波動(dòng)和閃變 （見表1、表2） 三相電壓允許不平衡度電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值為2%,短時(shí)不得超過4%電氣設(shè)備額定工況GB755 （旋轉(zhuǎn)電機(jī)基本1. 3%,根據(jù)的電壓允許不平衡度和負(fù)序電流允許值仍由各自標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，例如旋轉(zhuǎn)電機(jī)按 技術(shù)要求規(guī)定。接于公共接點(diǎn)的每個(gè)用戶，引起該點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值一般為 連接點(diǎn)的負(fù)荷狀況，鄰近發(fā)電機(jī)、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置安全運(yùn)行要求，可作適當(dāng)變動(dòng)，但必須滿

31、足 諧波（見表3、表4）電帀變初限0r,L MVHV43LO<1032*52*l？11 noo1.252矗2書la電歷下朗閃亜LVMVHV尸？1.00加4)0.80.80.7(0.80.6*3臥用亀網(wǎng)甘進(jìn)觀圧羅值電轉(zhuǎn)標(biāo)協(xié)電汗 kV電壓暑諧渡0.38S-04.02Q&4.03衛(wèi)1用10陽J.O-2.41.1661101.01.60.8験4注入處義連襪血的it遽電斑咒R但諧渡次敦用誥謐也乘葩許債.AMVA2i4567B10Ll1213心詔107Btil抻6136麗1921O劃610043強(qiáng)213424.n2147 J1310I0U加13曲IJ氐R54*.3札37,A23015127.

32、712九】8.8J-84/1愛15.61-C4J軸1613一139.34/1435,92.79JJH0750126.0金逋4.0&a3.02.44-52.03.7杯恿kV?容MVA曲菽岀散扯隋菠電嵐允許冊(cè)/1415161718w2C21222324冷O.3810H129.7IV毗167,?8?.14Z1261(X16,16.85x3104.19.04.34占父97b43.6f-.fl101003,74. JS.26.02.EI2.62A2.34.32A-1433抄1.22.SLQJ.61.7k51.81*42KTLJJ-566500J.UL85.41-9I-RLr42忑L10乃0l?T

33、n.9LJ2.S|32.SL2L.iKi2.11.0(3) 關(guān)于電能質(zhì)量的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)提供了電能質(zhì)量評(píng)價(jià)的基本準(zhǔn)則，但不是唯一的準(zhǔn)則。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要是針對(duì)公用電網(wǎng)，強(qiáng)調(diào)的是公共連接點(diǎn)(CCP)的電能質(zhì)量，主要是為供電方和用電方提供一個(gè)評(píng)價(jià)電能質(zhì)量的共同準(zhǔn)貝V。一方面對(duì)供電方在公共連接點(diǎn)提供的電壓質(zhì)量提出了要求，另一方面對(duì)用電方接人在公共連接點(diǎn)的用電線路電流質(zhì)量進(jìn)行了限定。在實(shí)際運(yùn)行的系統(tǒng)中，由于具體情況的多變性往往不能簡(jiǎn)單地套用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。例如旋轉(zhuǎn)電機(jī)按GB755旋轉(zhuǎn)電機(jī)基本技術(shù)要求規(guī)定”。再如關(guān)于電能質(zhì)量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并沒有對(duì)電力用戶負(fù)載的功率因數(shù)提出要求，然而如果用戶負(fù)載的功率因數(shù)較低或

34、波動(dòng)較大，可能會(huì)引起用戶內(nèi)部配電網(wǎng)和公共連接點(diǎn)的電壓偏離或波動(dòng)，同時(shí)過低的功率因數(shù)還會(huì)大量占用用戶自身及公用電網(wǎng)的線路和電力設(shè)施容量，并導(dǎo)致線損增加、電能浪費(fèi)，還可能招致供電部門的罰款。同時(shí)，公共連接點(diǎn)的電能質(zhì)量并不能完全反映電力用戶內(nèi)部配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)沒有也很難對(duì)電力用戶內(nèi)部配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量做出規(guī)定或給出推薦值。電力用戶對(duì)其內(nèi)部配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，應(yīng)當(dāng)以電能質(zhì)量是否滿足系統(tǒng)內(nèi)電力設(shè)備和用電設(shè)備正常運(yùn)行的需求、是否會(huì)導(dǎo)致電能質(zhì)量問題或問題的嚴(yán)重程度是否可以接受為主要依據(jù)確定。這在很大程度上 決定于系統(tǒng)內(nèi)的線路狀況、設(shè)備的特性與額定值、設(shè)備對(duì)各種電能質(zhì)量問題的敏感程度以及

35、用戶 對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量的要求等因素。另一方面，各種標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電能質(zhì)量的要求往往以給出對(duì)各種相關(guān)指標(biāo)的明確限定值方式加以規(guī)定，這對(duì)于判定電能質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定是方便的，但是對(duì)于評(píng)價(jià)電能質(zhì)量問題所造成的影響而言是不確切的。由于各種電能質(zhì)量指標(biāo)的偏離所導(dǎo)致的問題一般是隨偏離程度的增加而漸變的，例如諧波電流所導(dǎo)致的附加損耗一般與諧波電流強(qiáng)度的平方成正比，因而在客觀上并不存在一個(gè)允許與不允許的清晰界限。對(duì)于電力用戶系統(tǒng)內(nèi)的電能質(zhì)量評(píng)價(jià)而言，通過實(shí)際檢測(cè)，對(duì)各種電能質(zhì)量問題的嚴(yán)重程度及其影響做出客觀的評(píng)價(jià)，以確定是否需要采取治理 措施，要比簡(jiǎn)單地劃定一個(gè)合格與不合格的界限作為評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)更為合理3 電力諧

36、波問題及其治理技術(shù)理想的電力系統(tǒng)是以單一而固定的頻率、規(guī)定固定幅值的電壓，以及完整的正弦波形供應(yīng)電能 的，但是實(shí) 際上這些條件沒有一個(gè)能滿足。電壓和頻率偏移問題以及如何使它們處于控制之下的方 法，是常規(guī)的電力系統(tǒng)分 析與控制的課題。波形畸變 ( 即諧波 ) 問題在電力系統(tǒng)中原來是不具體探討 的，但隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn) 步，一方面諧波污染隨著非線性負(fù)載的數(shù)量和容量日益增加而日 趨嚴(yán)重，另一方面供電方及其電力系統(tǒng)設(shè)備、用 戶方及其用電設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量的要求越來越高，因 此人們對(duì)這個(gè)問題也越來越重視。如何有效地治理諧波，將諧 波控制在允許限值以下，是具有重要 實(shí)意義的課題。3 1 諧波問題研究概述

37、“諧波” 這一名詞起源于聲學(xué)， 在聲學(xué)中諧波表示一根弦或一個(gè)空氣柱以基波頻率的倍數(shù)頻率振 動(dòng)。電氣 信號(hào)也是如此，諧波被定義為一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)的頻率是實(shí)際系統(tǒng)頻率 ( 即電網(wǎng)額定頻率 ) 的整數(shù)倍。在國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn) ( ic555-2) 與國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議 ( CIGRE) 的文獻(xiàn)中定義：“諧波分量為周期 量的傅立 葉級(jí)數(shù)中大于 1 的 h 次分量”。 IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 519 1981 中定義為：“諧波為一周期波或量的 正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍” 。早在 18 世紀(jì)和 19 世紀(jì)，幾位數(shù)學(xué)家，特別是 Fourier J . B. J., 為諧波計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。電 力系統(tǒng)的波形畸變也并不

38、是個(gè)新現(xiàn)象， 從交流電的出現(xiàn)在 21 世紀(jì)的今天， 如何將其限制在可以接受 的范圍內(nèi) 一直是電力工程師所關(guān)心的問題。 在 20 世紀(jì) 20 年代和 30 年代的德國(guó)， 研究者由靜止變流 器引起的波形畸 變提出了電力系統(tǒng)諧波的概念。當(dāng)時(shí)最有影響的是 Rissik H. 所著的 (The MercuryArc Current Converter)，另一篇有關(guān)靜止變流器產(chǎn)生諧波的經(jīng)典論文是Read J . C.在1945年發(fā)表的 (The Calculation of Rectifier and Converter Performance Characteristics，至今仍被研究者廣泛引用。上世

39、紀(jì) 50 年代和 60 年代在高壓直流輸電方面促進(jìn)了變流器諧波的研究。在這 一時(shí)期發(fā)表 了大量的論文。Kimbark E . W 在其著作 (Direct Current Transmission中對(duì)此進(jìn)行了總結(jié)，該書包括了電力系統(tǒng)諧波方面 60 篇以上的參考文獻(xiàn)。上世紀(jì) 70 年代以后，國(guó)際上召開了多 次有關(guān)諧波 問題的學(xué)術(shù)會(huì)議，其中從1984 年開始，每?jī)赡暾匍_一次的電力系統(tǒng)諧波國(guó)際會(huì)議(ICHPS) , 極大地推動(dòng)了諧波領(lǐng)域的研究和交流。不少國(guó)家和國(guó)際學(xué)術(shù)組織都制定了限制電力系統(tǒng)諧波和用電設(shè)備諧波的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，同時(shí)對(duì)諧波治理問題的研究也蓬勃發(fā)展起來。我國(guó)對(duì)諧波問題的研究起步較晚。吳競(jìng)昌等

40、 l988 年出版的電力系統(tǒng)諧波一書是我國(guó)有關(guān)諧 波問題早期 較有影響的著作。隨后，許克明等也于 l991 年出版了電力系統(tǒng)高次諧波 ，張一中等 1992 年出版了電力 諧波 ，夏道止等 1994 年出版了高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波分析及濾波 ，林 海雪等 1998 年出版了電力 網(wǎng)中的諧波 ，這些著作都對(duì)人們認(rèn)識(shí)和研究諧波做出了很大的貢獻(xiàn)。 此外，唐統(tǒng)一等和容健綱等分別于 1991 年和 1994 年獨(dú)立翻譯了 Arrflaga J ?等的電力系統(tǒng)諧波， 也在國(guó)內(nèi)有較大的影響。 1998 年，王兆安等出版的諧波抑制和無功功率補(bǔ)償是國(guó)內(nèi)迄今為止較 為全面的介 紹諧波分析和治理方法的著作，特別是其中

41、關(guān)于有源濾波器的分析和闡述，被國(guó)內(nèi)許多研究者廣泛引用和參考。近些年來，國(guó)內(nèi)期刊和有關(guān)會(huì)議上發(fā)表的諧波相關(guān)問題的研究論文也非常多，諧波問題已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。因此可以說，我國(guó)對(duì)諧波問題的研究起步于上世紀(jì)80 年代，在90 年代有了長(zhǎng)足的發(fā)展，與國(guó)外研究水平的差距正在不斷減小。諧波問題的研究可以分為以下四個(gè)方面：(1) 與諧波有關(guān)的功率理論的研究；(2) 諧波標(biāo)準(zhǔn)的研究；(3) 諧波測(cè)量和分析；(4) 諧波治理。 當(dāng)電網(wǎng)電壓或電流中含有諧波時(shí)，如何定義各種功率是一個(gè)至今尚未得到圓滿解決的問 題。這 是一個(gè)關(guān)系到電量計(jì)量、分析及控制的重要問題。如何使定義科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，又能滿足各種工程和管理 的需 要，還有

42、許多問題需要研究。傳統(tǒng)的平均功率理論在系統(tǒng)存在諧波時(shí)是不完全適用的，容易造 成諸如電能計(jì)量偏 差等問題。針對(duì)有源濾波器 APF 而提出的瞬時(shí)無功功率理論，目前是解決諧波相 關(guān)問題使用得最為廣泛的功率理論，當(dāng)然該理論也并不是放之天下皆準(zhǔn)的，也存在一定問題。近年來，這方面的工作主要集中在將傳統(tǒng)功率理論與瞬時(shí)無功功率理論進(jìn)行統(tǒng)一，這是一條研究問題的 較好的途徑。為了保證電網(wǎng)和用電設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的運(yùn)行，目前許多國(guó)家、國(guó)際組織以及一些大電力公司都制定了相應(yīng)的諧波標(biāo)準(zhǔn)，其中較有影響的是 IEEE519 1992 和 IEC555 2。我國(guó)水利電力部早 在 1984 年就頒發(fā) 了 電力系統(tǒng)諧波管理暫行

43、規(guī)定 (SD126 84) ，到 1 994 年，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB T14549-93 電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧 波 正式頒布。雖然各個(gè)諧波標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，但都是大同小異，且所有標(biāo)準(zhǔn)都基于以下三個(gè)目的：(1) 將電力系統(tǒng)電流和電壓波形的畸變控制到 系統(tǒng)及其所接設(shè)備能夠允許的水平；(2) 以符合用戶需要的電壓波形向用戶供電；(3) 不干擾其它系統(tǒng) ( 如通訊系統(tǒng) )的正常工作。 諧波測(cè)量是諧波問題中的一個(gè)重要分支，也是研究分析 諧波問題的出發(fā)點(diǎn)和主要依據(jù)。利用諧 波測(cè)量裝置來監(jiān)視和測(cè)量電網(wǎng)的諧波干擾狀況，已是保證電網(wǎng)安全運(yùn)行必 不可少的措施。為此，世 界各國(guó)都生產(chǎn)、研制和改進(jìn)了一系列的諧波測(cè)量設(shè)備，如失真

44、度計(jì)、諧波電壓表和諧波 電流表、諧 波功率流向計(jì)、波形分析儀、頻譜分析儀以及磁帶記錄儀等，近年來由于數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，基于軟 件算法和微處理器的諧波分析儀開始采用。由于諧波具有固有的非線性、隨機(jī)性、分布性、非平穩(wěn)性和影響因素的復(fù)雜性等特征，難以對(duì) 諧波進(jìn)行準(zhǔn) 確測(cè)量，為此許多學(xué)者對(duì)諧波分析問題進(jìn)行了廣泛研究。諧波分析算法中使用最為廣泛 的是快速傅立葉變換 (FFT) 方法及其改進(jìn)算法，基于自適應(yīng)理論、基于小波 (Wavelet) 變換和基于神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法近年來也受到了較大關(guān)注，但是在有源濾波器中應(yīng)用最為普遍的是基于瞬時(shí)無功功率 理論的諧波測(cè) 量方法，而且該理論也可以分離出各次諧波用于諧波分析。

45、近幾年來，國(guó)內(nèi)外有關(guān)諧 波問題的研究論文和成果大 量涌現(xiàn)，該領(lǐng)域的研究呈現(xiàn)出欣欣向榮的景象，足見人們對(duì)諧波問題的 重視程度和渴望治理諧波的迫切要求。 3 2 諧波治理的措施 諧波治理的措施主要有三種：一是受端治理，即從受到諧波影響的設(shè)備或系統(tǒng)出發(fā)，提高 它們 抗諧波干擾能力；二是主動(dòng)治理，即從諧波源本身出發(fā)，使諧波源不產(chǎn)生諧波或降低諧波源產(chǎn)生的 諧波； 三是被動(dòng)治理，即外加濾波器，阻礙諧波源產(chǎn)生的諧波注入電網(wǎng)，或者阻礙電力系統(tǒng)的諧波流人負(fù)載端。受端治理的措施主要有以下幾種：(1) 選擇合理的供電方式。 將諧波源由較大容量的供電點(diǎn)或由高一級(jí)電壓的電網(wǎng)供電，可以減小 諧波對(duì)系統(tǒng)和其它用電設(shè)備的影響

46、，這必須在電網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段考慮。(2) 避免電容器對(duì)諧波的放大。 改變電容器的串聯(lián)電抗器， 或?qū)㈦娙萜鹘M的某些支路改為濾波器， 或限 定電容器組的投入容量，可以有效地減小電容器對(duì)諧波的放大并保證電容器組的安全運(yùn)行。(3) 提高設(shè)備抗諧波干擾能力。改進(jìn)設(shè)備性能，使其在諧波環(huán)境中能夠正常工作，當(dāng)然這是有一 定限度 的，諧波較大時(shí)用電設(shè)備仍將受到嚴(yán)重影響。(4) 改善諧波保護(hù)性能。對(duì)諧波敏感設(shè)備采用靈敏的諧波保護(hù)裝置，這能夠保證在諧波超標(biāo)情況下，設(shè)備不致于損壞，但不能保障設(shè)備的正常工作。主動(dòng)治理諧波的措施主要有以下幾種：(1) 增加變流裝置的相數(shù)或脈沖數(shù)。 改造變流裝置或利用相互問有一定移相角的換

47、流變壓器， 可 有效減 小諧波含量，其中包括多脈波整流和準(zhǔn)多脈波整流技術(shù)，但是裝置更加復(fù)雜。(2) 改變諧波源的配置或工作方式。 具有諧波互補(bǔ)性的裝置應(yīng)集中， 否則應(yīng)適當(dāng)分散或交替使用， 適當(dāng) 限制會(huì)大量產(chǎn)生諧波的工作方式。(3) 采用多重化技術(shù)。將多個(gè)變流器聯(lián)合起來使用，用多重化技術(shù)將多個(gè)方波疊加，以消除頻率 較低的諧波，得到接近正弦波的階梯波，但裝置復(fù)雜，成本較高(4) 諧波疊加注入。 利用三次倍數(shù)的諧波和外部的三次倍數(shù)的諧波源， 把諧波電流加到產(chǎn)生的矩 形波形 上，可用于降低給定的運(yùn)行點(diǎn)處的某些諧波。缺點(diǎn)是必須保證三次倍數(shù)的諧波源與系統(tǒng)的同 步，且諧波發(fā)生器的 功率消耗常常高達(dá)整流器直流功率的10 。(5) 采用 PWM 技術(shù)。采用脈寬調(diào)制 PWM 技術(shù)，使變流器產(chǎn)生的諧波頻