諧波抑制設(shè)計技術(shù)

1供配電系統(tǒng)諧波抑制設(shè)計技術(shù)

2

諧波問題不是新問題，

但又是新問題。

3我國早在1984年就發(fā)布了《電子系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定》；隨后又于1993年頒布了《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》標(biāo)準(zhǔn)；進入21世紀(jì)的2003年又頒布了《公用低壓供電系統(tǒng)低頻傳導(dǎo)騷擾及信號傳輸兼容水平》和《工廠低頻傳導(dǎo)騷擾的兼容水平》兩個文件。與此同時，2003年和2004年又先后發(fā)布了單臺設(shè)備＜16A和＞16A的諧波電流發(fā)射限值的規(guī)定。上述簡況已能說明，諧波問題已不是什么新問題了，早已有章可循了?！C波問題不是新問題，是因為：4——諧波問題又是新問題，是因為：諧波是當(dāng)代科技進步的“產(chǎn)物”，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，非線性負(fù)荷用電設(shè)備的類型、數(shù)量和用電量的變化和更新?lián)Q代是個不確定因素，這就需要去解決情況不斷發(fā)生變化的新問題。非線性負(fù)荷用電量的年增長率遠(yuǎn)高于發(fā)電量年增長率，這是電網(wǎng)的諧波迅速惡化的根源，非線性負(fù)荷用電量的來勢兇猛，這必然帶來尚不能被認(rèn)識的新問題。諧波源是電網(wǎng)諧波問題的根源。當(dāng)前，重要的諧波源（非線性負(fù)荷用電設(shè)備）依次是電力整流器、逆變器、變頻裝置等換流裝置占諧波源總數(shù)的66％；家用電器占諧波源總數(shù)的23％以及電弧爐等。這里可以看出換流裝置和家用電器兩大部分完全占據(jù)了核心位置。因此，在高新技術(shù)電力電子應(yīng)用領(lǐng)域中，分析掌握新生的諧波源的特性及其運行狀態(tài)，使得節(jié)能減排與諧波治理達(dá)到完美結(jié)合，這也是迫切需要深入研究的新問題。5——

所以，研討供配電系統(tǒng)中的諧波問題,

就是一件很有意義的課題了。供配電系統(tǒng)諧波抑制設(shè)計技術(shù)一、諧波允許值二、諧波評估三、諧波抑制技術(shù)

6一、諧波限值（允許值）——電力電子裝置在運行中必然產(chǎn)生各次諧波。根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)水平要求其在運行中不產(chǎn)生諧波是不現(xiàn)實的也是不可能的?！热恢C波的存在是不可避免的，而諧波又是一種電磁騷擾，為使諧波騷擾造成的危害很少，能在工程中可以接受的水平，就必須將諧波限制在一定范圍——諧波限值或諧波允許值。71.國內(nèi)諧波限值規(guī)定（1）公用電網(wǎng)諧波限值

8①電網(wǎng)諧波電壓限值電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值（GB/T14549-93）電網(wǎng)標(biāo)稱電壓（kV）電壓總諧波畸變率THDu（%）各次諧波電壓含有率HRUn（%）奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2

諧波電壓含量

9②注入公共連接點的諧波電流允許值注入公共連接點的諧波電流允許值（GB/T14549-93）標(biāo)稱電壓(kV)基準(zhǔn)短路容量(MVA)Sk2諧波次數(shù)(n)23456789101112131415161718192021222324諧波電流允許值（A）Inp0.381078623962264419211628132411129.7188.6167.88.97.1146.5610043342134142411118.5167.1136.16.85.3104.794.34.93.97.43.610100262013208.5156.46.85.19.34.37.93.74.13.26.02.85.42.62.92.34.527125.18.83.84.13.15.62.64.72.22.51.93.61.73.21.51.81.42.71.3注：SK1時允許值：In=Inp（SK1/SK2）SK1—公共連接點的最小短路容量（MVA）。

10（2）非公用和工廠的中壓、低壓供電系統(tǒng)的長時諧波電壓兼容水平和電壓總諧波畸變率的允許值。11非公用和工廠的中壓、低壓供電系統(tǒng)的長時諧波電壓兼容水平

（IEC61000-2-4：2002）（GB/T18039.4-2003idtIEC-1994）諧波次數(shù)n諧波電壓兼容水平(%)非公用和工廠供電系統(tǒng)Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類非3倍奇次諧波536873571133.5513334.5諧波次數(shù)17≤n≤492242.27×17/n-0.272.27×17/n-0.274.5×17/n-0.53倍奇次諧波335691.51.52.5150.30.42210.20.31.7521＜n≤450.20.21偶次諧波22234111.560.50.5180.50.5110≤n≤500.50.510.25×10/n+0.250.25×10/n+0.25112電壓總諧波畸變率（THDu）允許值建筑物的電磁環(huán)境分類——可分為三類。——大型醫(yī)療中心、航空港、金融中心、電信樞紐、防災(zāi)中心以及冶金、化工、造紙等重點諧波監(jiān)控治理行業(yè)中的計算機、自動控制和保護設(shè)備，其公共連接點的諧波電壓的兼容水平宜符合Ⅰ類要求?！丶墶⒁患夀k公建筑、特級劇場、大型商場及一般工業(yè)環(huán)境的公共連接點和系統(tǒng)或裝置內(nèi)部連接點（IPC）的諧波電壓兼容水平宜符合Ⅱ類要求。——一般辦公建筑、公共建筑以及一般工業(yè)建筑環(huán)境中，連接有下列設(shè)備時，其系統(tǒng)或裝置內(nèi)部連接點的諧波電壓兼容水平宜符合Ⅲ類要求?！翊蟛糠重?fù)荷經(jīng)換流器供電；●有焊接設(shè)備；●頻繁啟動的大型電動機；●快速變化的負(fù)荷。電磁環(huán)境類別Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類THDu5％8％10％13（3）低壓電氣設(shè)備諧波電流限值

①單臺設(shè)備每相輸出的電流≤16A時各類低壓電氣設(shè)備的諧波電流發(fā)射限值設(shè)備類型A類B類C類D類

諧波電流限值諧波次數(shù)n最大允許諧波電流(A)最大允許諧波電流(A)每瓦允許的最大諧波電流(mA/w)奇次32.303.4530×λ2.303.451.141.71101.141.970.771.1670.771.090.400.6050.400.50110.330.5030.330.35130.210.320.15×15/n3.85/n15≤n≤390.15×15/n0.23×15/n偶次21.081.62240.430.6560.300.458≤n≤400.23×8/n0.35×8/n設(shè)備類型舉例調(diào)光器、音頻設(shè)備便攜式工具＜25W氣體放電燈、＞25W的照明設(shè)備電視接收機、個人計算機及其顯示器注：λ－－電路功率因數(shù)，n－－諧波次數(shù)14②單臺設(shè)備每相輸入電流＞16A，≤75A時

平衡三相設(shè)備諧波電流發(fā)射限值

（IEC61000-3-12：2004）（GB/Z17625.6-2003.idtIEC-1998）短路比最小值Rsce各次諧波允許電流In/I1（%）允許諧波電流畸變率（%）I5I7I11I13THDPWHD3310.77.23.12132266149531625120191274222825031201273738≥350402515104846注：①12次及12次以下的偶次諧波的相對值不應(yīng)>

12次以上的偶次諧波如同奇次諧波，計入THD和PWHD中考慮。②不同于表中的Rsce值相對應(yīng)的各諧波電流限值允許用線性插入法求出。③In——第n次諧波電流，I1——基波電流，PWHD—部分加權(quán)諧波畸變率。

④一臺設(shè)備或一套用戶裝置的短路比，計算公式（Sce—短路容量；

Sequ—設(shè)備的額定視在功率）單相設(shè)備：Rsce＝Sce/3Sequ；三相設(shè)備：Rsce＝Sce/Sequ；15

不平衡三相設(shè)備諧波電流發(fā)射限值短路比最小值Rsce各次諧波允許電流In/I1(%)允許諧波電流畸變率（％）I3I5I7I9I11I13THDPWHD3321.610.77.23.83.1223236624138543262612027151065430302503520139864040≥350412415121084747注：①12次及12次以下的偶次諧波的相對值不應(yīng)＞。

12次以上的偶次諧波如同奇次諧波，計入THD和PWHD中考慮。②不同于表中的Rsce值相對應(yīng)的各諧波電流限值允許用線性插入法求出。③

In——第n次諧波電流，

I1——基波電流。16③單臺設(shè)備每相輸入電流＞75A時

＞75A的平衡三相設(shè)備諧波電流發(fā)射限值（IEC61000-3-12：2004）（GB/Z17625.6-2003,idtIEC-1998）短路比最小值Rsce各次諧波允許電流In/I1（%）允許諧波電流畸變率（%）I5I7I11I13THDPWHD66

14111081625120

16121181829175

2014128253325030181383539350402515104846450503520155851600604025187057注：①12次及12次以下的偶次諧波的相對值不應(yīng)>

12次以上的偶次諧波如同奇次諧波，計入THD和PWHD中考慮。②不同于表中的Rsce值相對應(yīng)的各諧波電流限值允許用線性插入法求出。③

In—第n次諧波電流，II—基波電流，PWHD—部分加權(quán)諧波畸變率。

172.國際電工委員會（IEC）

和國外諧波限值水平

18（1）IEC61000－2－2：2002《環(huán)境－公用低壓供電系統(tǒng)低頻傳導(dǎo)騷擾及信號傳輸?shù)募嫒菟健饭玫蛪弘娋W(wǎng)的諧波電壓兼容水平非3倍奇次諧波3倍奇次諧波偶次諧波諧波次數(shù)n諧波電壓的兼容水平（%）諧波次數(shù)n諧波電壓的兼容水平（%）諧波次數(shù)n諧波電壓的兼容水平（%）5635227591.541113.5150.460.5133210.380.517≤n≤492.27×17/n-0.2721＜n≤450.210≤n≤500.25×10/n+0.25總諧波畸變率為8%19

（2）美國IEEEstd-519:1992諧波限值水平（kV）各次諧波電壓含有率（%）電壓總諧波畸變率（%）2.4～6935115～1611.52.5短路電流/負(fù)荷電流＜2025～＜5050～＜100100～＜1000＞1000電流總需求畸變率(TDD)5％8％12％15％20％名稱醫(yī)院、機場一般系統(tǒng)逆變器負(fù)載電壓畸變率3％5%10%20（3）國外諧波限值水平范圍可歸納為：低壓（≤1kV）:一般為5%，個別為4%，7%（國內(nèi)為5％）。中壓（24～77kV）：一般為2%～5%，個別為6%（國內(nèi)為3％～4％）?！壳?，在世界范圍內(nèi)最具影響的電磁兼容（EMC）標(biāo)準(zhǔn)有兩類：①國際電工委員會（IEC）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)——在歐洲、亞洲、澳洲和非洲有較大影響力。②美國電氣與電子工程師學(xué)會（IEEE）和美國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（ANSI）標(biāo)準(zhǔn)在美國有很大影響力。我國有關(guān)EMC標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)的是IEC61000系列標(biāo)準(zhǔn)。21二．諧波評估——諧波的出現(xiàn)將造成電流或電壓波形的畸變,從而會降低電能質(zhì)量，并且與供配電系統(tǒng)連接的非線性負(fù)荷引起諧波電流，通過系統(tǒng)阻抗，諧波電流產(chǎn)生諧波電壓，又反向注入電源側(cè),進而引起供電電壓畸變。北京電力部門已于2004年在《電能質(zhì)量—公用電網(wǎng)諧波工作管理辦法》中要求對諧波騷擾的危害進行全面評估，并應(yīng)由有資質(zhì)的單位完成。

221.諧波頻譜特征

23（1）諧波實測數(shù)據(jù)（舉例）

①低壓側(cè)主進線回路諧波電流畸變率實測數(shù)據(jù)。寫字樓的配電系統(tǒng)中，主要是3次、5次和7次諧波。

電流畸變率值某寫字樓8000㎡100000㎡饋出回路：空調(diào)、照明、插座、電梯、機房饋出回路：空調(diào)一、二，UPS、電腦、電梯、照明A相B相C相A相THDI15.30%16.20%17.20%11.80%THDI314.30%14.90%15.30%8.10%THDI52.70%4.10%5.50%7.90%THDI73.60%3.80%4.00%3.30%THDI91.10%1.80%2.00%0.30%THDI112.00%1.80%2.60%0.40%THDI131.30%1.20%1.40%0.30%24

②整流設(shè)備不同的工作狀態(tài)，不同的負(fù)荷率情況下的諧波實測數(shù)據(jù)。測試結(jié)果表明，在不同的負(fù)荷率情況下，整流設(shè)備的諧波電流畸變率也不同，負(fù)荷率越高，THDI越低，同時整流設(shè)備的頻譜特性很寬。

電流畸變率值某移動通訊大樓整流設(shè)備回路負(fù)荷率80.2%負(fù)荷率63%負(fù)荷率31.2%A相B相C相THDI34.30%37.00%65.35%THDI32.80%2.69%3.94%THDI527.90%31.94%42.41%THDI711.70%13.44%18.40%THDI117.20%7.42%6.09%THDI136.60%7.42%11.11%THDI174.10%4.19%6.81%THDI194.00%4.09%7.65%THDI235.90%7.74%25.57%THDI256.20%7.96%23.89%THDI354.00%4.95%8.96%THDI372.80%3.12%4.78%25③三相UPS設(shè)備在不同的負(fù)荷率情況下的諧波實測數(shù)據(jù)。負(fù)荷

率越高，THUI越低。同時UPS設(shè)備主要是5次、7次諧波。

UPS設(shè)備諧波實測數(shù)據(jù)負(fù)荷率10%20%30%電流值（A）畸變率（%）電流值（A）畸變率（%）電流值（A）畸變率（%）THDI58.5%39%33.6%基波48.4100171.3100251.4100524.75063.43778.231.1710.922.411.56.69.53.8114.58.914.98.721.68.6133.77.66.22.5171.12.17.24.211.44.5191.32.74.62.75.22.126④變頻器產(chǎn)生的諧波主要為5次、7次、11次和13次諧波電流畸變率在30％～35％左右。單臺進口變頻器諧波實測數(shù)據(jù)相序A相B相C相電流值（A）畸變率（%）電流值（A）畸變率（%）電流值（A）畸變率（%）THDI36.10%35.70%33.10%基波45.610045.510047.910031.63.61.94.11.22.5514.030.714.030.713.628.676.013.25.512.05.611.890.30.70.30.60.10.2113.88.43.98.53.77.7132.55.52.45.32.34.8171.74.72.24.82.04.3192.13.61.63.51.53.2231.23.11.23.11.32.8251.42.71.42.61.22.427⑤單相整流設(shè)備產(chǎn)生的諧波主要為3次、7次和9次。

單臺整流設(shè)備諧波實測數(shù)據(jù)

⑥彩色電視機的型號不同，雖然皆為29〞規(guī)格，諧波電流值并不同。幾種型號彩色電視機諧波電流值實測數(shù)據(jù)

諧波次數(shù)n基波35791113L相畸變率THDI47.7%45%1.7%6.1%2.6%1.4%1.8%電流值505A227A8A31A13A7A9A電視機型號長虹康佳嘉華索尼飛利浦熊貓2919PVT2988K929AF29B9PV29B9PV2918額定功率（W）215190180169115135基波電流有效值（A）0.6050.5270.5120.4330.4570.636諧波電流分量有效值（A）30.5450.4590.4280.3890.3950.57350.4470.3630.3050.3170.3130.47270.3180.2430.1620.2270.2100.34528⑦高壓鈉燈的功率不同，諧波電流也有所差異。

高壓鈉燈的諧波電流實測數(shù)據(jù)

⑧高壓鈉燈有無并聯(lián)電容器，諧波電流含有率也不相同。有無并聯(lián)電容器的鈉燈的諧波電流含有率（In/I1）類型功率（W）基波電流（A）諧波電流（A）I1I3I5I7鈉燈701.4～1.451.6～1.70.025～0.030.0251101.49～1.540.19～0.20.032～0.0350.03～0.042152.15～2.380.31～0.360.035～0.0360.04～0.06類型并聯(lián)電容器In/I1

（％）I3I5I7I9I11I13鈉燈無8～113～71～30.5～1.50.3～1.50.2～3有182317591629⑨高壓鈉燈產(chǎn)生的諧波主要為3次、5次和7次，諧波電流畸變率為15％左右。

照明用高壓鈉燈實測數(shù)據(jù)（選用22×8盞）

相序A相B相C相電流值（A）畸變率（%）電流值（A）畸變率（%）電流值（A）畸變率（%）THDI13.8%14.4%14.3%基波162.2100179.4100163.3100320.412.624.213.52112.957.24.47.34.16.64.074.32.74.72.67.34.591.30.81.91.11.20.7112.51.62.21.22.01.2131.00.60.90.51.40.930⑩某政府辦公樓照明回路電源總進線處實測數(shù)據(jù)類型實測數(shù)據(jù)（傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流器）電子鎮(zhèn)流器4層裝節(jié)電器3層5層18層16層節(jié)電器電壓輸出12％端子節(jié)電器電壓輸入節(jié)電器電壓輸入端電流節(jié)電器電壓輸出端電流熒光燈T8THD3.0%13.7%7.5%19.3%2.0％2.1％9.8％8.7％In/V39.65A31.49A53.9A18.33A205.6V222.5V32.25A27.73A31測試時間：2007年11月20日下午

測試點位置：某建院辦公樓變壓器進線柜測試工具：FLUKE435型電能質(zhì)量分析儀分析軟件：FlukeView3.20版測試安裝接線：三相四線制接線示意圖見右圖：問題：1、院諧波污染嚴(yán)重嗎？2、諧波污染以多少次為主？3、需要什么樣的解決方案？11某設(shè)計樓諧波實測數(shù)據(jù)32某建院辦公樓諧波數(shù)據(jù)分析基本電氣量數(shù)據(jù)有功功率電流電壓視在功率無功功率功率因數(shù)33C相電流電壓波形某建院辦公樓諧波數(shù)據(jù)分析電壓波形電流波形34C相電流諧波分析某建院辦公樓諧波數(shù)據(jù)分析35中性線電流波形某建院辦公樓諧波數(shù)據(jù)分析36中性線電流諧波分析某建院辦公樓諧波數(shù)據(jù)分析37（2）諧波的頻譜特征

通過對電力系統(tǒng)和用電設(shè)備的諧波的實際測量，雖然尚待完善，但仍看可出：——諧波畸變率值與負(fù)荷率高低有關(guān)。負(fù)荷率高，諧波畸變率值越小?！C波畸變率值與用電設(shè)備功率有關(guān)。同類設(shè)備的功率不同，諧波畸變率值也不同?！C波畸變率值與用電設(shè)備型號規(guī)格有關(guān)。同類用電設(shè)備的型號不同，諧波畸變率也不同，即使規(guī)格相同的同類設(shè)備，諧波畸變率也有差異。——諧波畸變率值與非線性負(fù)荷和非線性設(shè)備的特性有關(guān)。不同類型的諧波源，諧波畸變率值也不相同。其主要諧波頻譜特征也有差異。38一些設(shè)施或設(shè)備的主要諧波特征設(shè)備名稱主要諧波（次）I3I5I7I11、I13電梯、自動扶梯、升降機●●●●●●●變頻/軟啟動器的制冷/熱設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備●●●●●●●熒光燈、金鹵燈、調(diào)光器等非線性照明設(shè)備●●●●●●●計算機、數(shù)據(jù)處理設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備等●●●●●●不間斷電源（UPS）單相●●●●●●三相●●●●●醫(yī)療設(shè)備小型診斷治療設(shè)備●●●●●●●大型診斷治療設(shè)備●●●●●●

注：表中●表示該次諧波成分的比例。39

諧波的實測數(shù)據(jù)也證明了諧波抑制的復(fù)雜性。原有的諧波污染經(jīng)過治理，使得電磁環(huán)境得到改善，達(dá)到了諧波限值（允許值）的規(guī)定要求。但是由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需要對用電設(shè)備進行改造更新，或是系統(tǒng)運行方式、設(shè)備電功率、技術(shù)參數(shù)、實際運行設(shè)備臺數(shù)等的調(diào)整，可能出現(xiàn)諧波頻譜發(fā)生變化，因此，對重點諧波監(jiān)控治理單位，實時監(jiān)測供電系統(tǒng)的諧波電壓、電流以及單次諧波含有率等諧波畸變率參數(shù)并進行全面分析評估，以便有針對性地進行諧波治理，就顯得非常必要了。402.評估方法（1）評估的目的將電網(wǎng)中的諧波電壓限制在對所有設(shè)備不致造成有害影響的水平，以保持供電系統(tǒng)的正常運行。（2）諧波限制目標(biāo)值

◆供電系統(tǒng)一般采用各次諧波電壓含有率≤3%，電壓總諧波畸變率≤5%的允許值作為評估目標(biāo)值。

◆這主要是基于對交流電動機、電力電容器等在諧波作用下，等效發(fā)熱和絕緣老化的研究，并考慮電子計算機等對電源波形的要求而確定的。（3）評估的簡化方法41①北京地區(qū)規(guī)定——符合下列條件之一時，可不經(jīng)諧波核算，允許直接接入中壓電網(wǎng)?！馪n＜0.1MVA●Pn/Si＜15%

式中：Pn——諧波源的額定容量之和（MVA）；

Si——第i個用電單位的協(xié)議用電量（MVA）。——當(dāng)用電單位的諧波源僅為整流設(shè)備并符合下列規(guī)定時，可直接接入電網(wǎng)。

◆6/10kV中壓用電單位，三相整流器容量不超過下表規(guī)定時；6/10kV電壓等級允許整流器容量接入系統(tǒng)的電壓等級（kV）三相整流器的容量（kVA）3脈動6脈動12脈動6/103580230420.22/0.38kV電壓等級整流器的諧波電流限值諧波次數(shù)奇次偶次3579111315≤n≤392468≤n≤40最大諧波電流（A）2.301.140.770.400.330.210.15×15/n1.080.430.300.23×8/n◆0.22/0.38kV低壓用電單位，單相整流器容量不大于3.5kVA，三相整流器容量不大于10.5kVA，且不超過下表規(guī)定的諧波電流限值時；

——濾波器的裝設(shè)判定◆產(chǎn)生諧波的設(shè)備功率之和占全部設(shè)備總功率的比率超過15%時?！羧吭O(shè)備實際低負(fù)荷運行時，產(chǎn)生諧波的運行設(shè)備功率之和與全部運行設(shè)備總功率的比率超過15%時?！?/p>

單次諧波電壓超過2%或總諧波電壓超過3%時。濾波補償用電力電容器和電抗器，應(yīng)具有能承受系統(tǒng)出現(xiàn)的最大過電流和過電壓能力。投切裝置應(yīng)采用專用接觸器或加大投切接觸器容量等措施?！?/p>

當(dāng)非線性負(fù)荷容量占配電變壓器容量的比例較大（如超過50%）設(shè)備的自然功率因數(shù)較高時，宜在變壓器低壓配電母線側(cè)集中裝設(shè)有源電力濾波器。43②IEC文件中建議對中壓系統(tǒng)畸變負(fù)荷的諧波發(fā)射限值分三級處理，第一級是以用電單位協(xié)議容量（Si）與公共連接點的短路容量（Ssc）之比來判斷。符合下列條件時允許直接接入中壓電網(wǎng)。

Si/Ssc≤0.1%③法國標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定在中壓電網(wǎng)中可直接接入的諧波源負(fù)荷容量（P）為：

P≤0.5MVA

P≤1%SSC44（4）配置電能質(zhì)量監(jiān)測與控制系統(tǒng)

諧波問題的復(fù)雜性、多變性，使得在工程設(shè)計階段不可能進行實際諧波測量，而難于取得供配電系統(tǒng)的實際諧波含量。而取得諧波畸變率等參數(shù)對保證系統(tǒng)正常運行又是非常需要的。

①重點諧波監(jiān)控治理行業(yè)（諧波污染大戶）在供配電系統(tǒng)設(shè)計中宜裝設(shè)有可監(jiān)測包含諧波畸變率的電力參數(shù)監(jiān)控器?！羞\算諧波數(shù)據(jù)、功能檢測、功率因數(shù)、峰值系數(shù)、畸變功率、電壓和電流諧波畸變率、單次諧波畸變率、諧間波，并可實時提供電流和電壓的頻譜分析?！哂行Ｕ?、統(tǒng)計檢測、顯示、通信等功能。

45注：1）監(jiān)測回路配置的電力參數(shù)監(jiān)控儀功能：2）電容器回路配置可通訊的功率因數(shù)控制器功能⊙遙測⊙遙測●電流、電壓、功率、電能、功率因數(shù)、頻率、最大/最小等●電流、電壓、功率、功率因數(shù)、諧波●諧波畸變率：THDU和THDI●柜內(nèi)溫度⊙遙信⊙遙信●斷路器分合狀態(tài)、故障狀態(tài)等

●投切步數(shù)、報警●各種越限報警3）一般回路配置多回路監(jiān)控單元⊙遙控4）遠(yuǎn)程通訊功能和聯(lián)網(wǎng)●遠(yuǎn)程合分?jǐn)嗦菲?6②為后續(xù)諧波治理提供條件在供配電系統(tǒng)運行后，可通過采集到的諧波畸變率等監(jiān)測數(shù)據(jù)提請專業(yè)人員進行分析評估，從而可有針對性的策劃諧波治理方案。

——諧波檢測結(jié)果的感性評估。諧波畸變率（%）結(jié)果分析THDUTHDI＜5＜10正常狀態(tài)，無故障危險5～810～50明顯諧波污染，可能發(fā)生一些故障＞8＞50嚴(yán)重諧波污染，很可能發(fā)生故障47三、諧波抑制技術(shù)48——建筑物供配電系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)該有效控制諧波源注入電網(wǎng)公共連接點的諧波含量，降低對供配電系統(tǒng)的諧波危害?！娏﹄娮釉O(shè)備裝置的開關(guān)特性——強非線性，使其在運行時產(chǎn)生大量的諧波騷擾◆變壓器、電動機等的損耗增加；◆斷路器誤動作；◆繼電保護和自動裝置不能正常工作；◆中性導(dǎo)體過熱；◆載流導(dǎo)體的集膚效應(yīng)加重；◆功率因數(shù)降低和電力電容器損壞；◆對通信系統(tǒng)干擾。49——供配電系統(tǒng)的諧波抑制措施的選擇應(yīng)該根據(jù)達(dá)標(biāo)水平、措施效果、經(jīng)濟性和技術(shù)成熟程度等因素，綜合比較后確定。并掌握下列原則◆諧波源的諧波電流發(fā)射量限制與系統(tǒng)諧波治理相結(jié)合；◆諧波抑制與無功補償相結(jié)合；◆有源濾波與無源濾波相結(jié)合；◆濾波裝置集中裝設(shè)與分散裝設(shè)相結(jié)合。——采取下列措施，有針對性的確定合理、有效、經(jīng)濟的諧波抑制設(shè)計方案?！綦姎庀到y(tǒng)的改進；◆在供配電系統(tǒng)中采用特殊的電氣裝置或設(shè)備；◆濾波；◆布線系統(tǒng)中屏蔽隔離技術(shù)的采用；◆選擇合適的系統(tǒng)接地型式。50（1）合理的選擇供配電系統(tǒng)配置，優(yōu)化供配電系統(tǒng)運行方式。

①將非線性負(fù)荷連接在靠近電源端（短路容量的降低，會造成諧波干擾的增加）。將非線性負(fù)荷應(yīng)盡可能放在靠近上端的位置（推薦方案）舉例1.電氣系統(tǒng)的改進51②將非線性負(fù)荷與敏感負(fù)荷分開，并由不同母線供電（盡可能減少互相干擾）。將非線性負(fù)荷歸成組并盡可能放在靠近上端的位置（推薦方案）舉例52

③建立隔離電源，采用隔離變壓器是常用的抑制諧波騷擾的措施?！筛綦x來自電源的3n次諧波。——可將負(fù)荷與外部電源分隔，并可阻擋外部電源的瞬變電壓傳導(dǎo)通路。通過隔離變壓器為非線性負(fù)荷供電舉例

53隔離電源的應(yīng)用—UPS電源54④配裝電抗器。

——給變速傳動裝置供電時，安裝線路電抗器使電流變得平穩(wěn)，通過增加供電線路阻抗，諧波電流得到抑制。55（2）采用專用配電變壓器供電方式或采用專線供電?！粲欣谙到y(tǒng)電能質(zhì)量；◆便于集中對諧波進行治理；◆有利于減少對其它敏感設(shè)備的諧波騷擾。如：——大容量的空調(diào)制冷（暖）系統(tǒng)宜采用專用配電變壓器供電。——電梯、UPS裝置、廣播、擴聲系統(tǒng)等宜由專線供電。

56（3）將不對稱負(fù)荷（單相、兩相負(fù)載）合理分配到各相或分散接到不同的供電點上。①負(fù)荷不平衡，將引起線損及線路電壓損失增大。②負(fù)荷較大的－相線圈過熱，磁路不平衡，會造成附加損耗。（4）當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟合理時，可將諧波源由增大的配電變壓器供電。①諧波畸變率超標(biāo)而又未采取治理措施前，對變壓器應(yīng)采取降容使用。當(dāng)供電負(fù)荷中50％為非線性負(fù)荷時，變壓器容量應(yīng)降低約45％運行。②降容是對諧波造成的電氣設(shè)備的損耗增加并引起設(shè)備過載所需采取的應(yīng)對措施（電源電壓畸變率超過10％時，變壓器損耗約增加10％～

15％，壽命減少約5％）。57③變壓器的降容率除采用降容率曲線計算外，還可使用降容系數(shù)計算法確定：式中：K——降容系數(shù)；n——諧波次數(shù)；In——n次諧波電流；

I1——基波電流；HRn——n次諧波電流含有率。5859變壓器的降容率

（5）諧波敏感的用電設(shè)備不宜布置在諧波源的近旁。

602.采用特殊的電氣裝置或設(shè)備

（1）一般應(yīng)選用D,yn11型接線組別的三相電力變壓器，如SCB系列電力變壓器。在條件允許時采用有利于抑制諧波作用的K系數(shù)三相電力變壓器?！?/p>

D,yn11接線組別的變壓器，雖有利于抑制諧波，但從降低諧波危害而言并不是理想的選擇。在D接線的繞組內(nèi)雖為3n次諧波提供了通路，但仍以環(huán)流存在，使銅損耗增大從而使變壓器溫升增加?！?/p>

K系數(shù)變壓器特點——中性線按200％相線定額；——采用異型繞組導(dǎo)體截面以降低諧波引起的附加損耗?！厥庠O(shè)計的鐵芯，以降低鐵損?！?/p>

K系數(shù)法是考慮了頻率因數(shù)，它是用于計算干式變壓器的非線性負(fù)荷造成諧波影響的最精確和可行的方法。

（2）采用“單位功率因數(shù)變流器”——功率因數(shù)為1的變流設(shè)備。（3）優(yōu)先選用符合諧波電流發(fā)射允許值的設(shè)備。61(4)整流設(shè)備的脈動數(shù)的選擇原則◆

功率在250kVA以下的小功率整流裝置，采用0.22/0.38kV供電時，宜采用6脈動整流，容量特別小的裝置可采用單相整流?！?/p>

功率大于250kVA、0.22/0.38kV供電的整流裝置，宜采用12脈動整流?！?/p>

功率在1500kVA以下中等容量的整流裝置，采用10kV供電時，宜采用12脈動整流?！?/p>

功率在1500kVA以上，采用10kV供電的整流裝置，宜采用24脈動整流。623.濾波諧波濾波是諧波治理的有效裝置。（1）諧波濾波類型選擇①交流濾波器主要有有源濾波器、無源濾波器和混合濾波器?！?/p>

有源濾波器——是電力電子是自動控制技術(shù)和高速計算機等最新技術(shù)的綜合。通過逆變器產(chǎn)生一個與系統(tǒng)中各次諧波大小相等，相位相反的諧波電流注入電網(wǎng)中，以達(dá)消諧目的。有源濾波器用于諧波電流較大，諧波源的諧波頻普較寬（如：大功率整流設(shè)備），諧波源的自然功率因數(shù)較高（如：變頻調(diào)速、核磁共振機等）時諧波治理較為合適?！魺o源濾波器——是利用電容、電抗、電阻元件構(gòu)成諧波電流的濾波器。在諧波頻率下，為一低阻抗回路以吸收諧波，在基波頻率下，提供無功電流以改善功率因數(shù)。無源濾波器用于諧波電流和無功負(fù)荷比較穩(wěn)定，自然功率因數(shù)又較低，頻譜特征明顯，諧波較集中于連續(xù)的三種或以下（如：3、5、7次）的系統(tǒng)中的諧波治理較為合適?！艋旌闲蜑V波器——結(jié)合了無源濾波器和有源濾波器的優(yōu)點?；旌闲蜑V波器通常是將系統(tǒng)中諧波電流大的恒定部分由無源濾波器過濾，而其小諧波電流及波動部分由有源濾波器處理，以節(jié)約總體造價。

63②有源濾波器與無源濾波器比較

有源濾波器與無源濾波器相比，有源濾波器具有高度可控性和快速響應(yīng)性，不僅能補償各次諧波，還可抑制電壓閃變，補償無功電流，性價比較為合理。名稱有源濾波器無源濾波器消除諧波能力可濾除多次（2～60次）的諧波電流只能濾除特定的單次諧波系統(tǒng)阻抗變化影響不受影響潛藏諧波放大共振危險頻率變化影響不受影響諧振點偏移，濾波效果降低負(fù)荷增加影響無損壞危險，若諧波量大于補償能力，僅發(fā)生補償效果不足而已?？赡苓^負(fù)荷而損壞體積小大64③濾波器的技術(shù)指標(biāo)——有源濾波器◆諧波頻譜濾除次數(shù)（不應(yīng)少于50次諧波）；◆功率因數(shù)校正（最高可達(dá)到1.0）；◆對負(fù)荷變化的瞬間響應(yīng)，全響應(yīng)時間（不大于10ms）；◆不會發(fā)生過載危險；◆有擴展能力（可并聯(lián)工作）。——無源濾波器◆過載能力強；◆承載容量大。65④治理方式

●集中治理——保護變壓器的所有非線性設(shè)備；當(dāng)非線性負(fù)荷容量與配電變壓器容量的比例超過50％，分布區(qū)域較廣且自然功率因數(shù)較高時，宜在變壓器低壓側(cè)配電母線上集中裝設(shè)。

●分散治理——保護區(qū)域內(nèi)少量的非線性設(shè)備；僅在一個區(qū)域內(nèi)有較分散且容量較小的非線性負(fù)荷時，宜在分配電箱母線上裝設(shè)。

●就地治理——保護局部區(qū)域內(nèi)的幾臺重要的非線性設(shè)備。僅有幾臺大容量的非線性設(shè)備，宜在每臺諧波源處就地配裝。

6667

典型寫字樓的配電系統(tǒng)中，非線性負(fù)荷分布較廣且負(fù)荷容量不是很大，但又很分散，對諧波源的就地補償很難實現(xiàn)，因此，適宜采用集中治理或分散治理方式。68設(shè)計圖例-總補償69有源濾波器安裝位置比較

有源濾波器安裝位置比較表濾波治理方式優(yōu)點缺點應(yīng)用建議集中治理經(jīng)濟；減輕發(fā)電機、變壓器的負(fù)擔(dān)。諧波仍存在下線的電路中；必須增大電纜的截面。滿足電網(wǎng)的要求；避免在電氣系統(tǒng)的上線注入諧波。分散治理避免增大主低壓開關(guān)柜和中間級開關(guān)柜之間的電纜截面；某些次數(shù)的諧波重組后可降低濾波器的容量。負(fù)載到濾波治理點之間仍存在諧波；輸出到負(fù)載的電纜需要增大截面。大型建筑物；對有規(guī)律地分布在每層或幾層建筑內(nèi)的負(fù)載進行濾波治理；給非線性負(fù)載集中供電的幾個回路。局部治理（就地治理）在諧波源附近消除諧波；減少從負(fù)截到電源之間的電纜損耗。需要多臺濾波器時投資較大。對功率較大且數(shù)量有限的非線性負(fù)載進行濾波治理。如大功率變頻調(diào)速器、大功率UPS。70

——有源濾波器抑制諧波的實測效果（舉例）有源電力濾波器運行前輸出側(cè)的電氣考數(shù)

相序U(V)I(A)P(kW)Q(kvar)S(kV.A)PFF(Hz)THDI(%)A相222.432.863.2326.5197.2290.43550.0536.93B相219.132.803.3476.3257.1340.46750.0537.26C相219.133.383.2326.5657.3620.44150.0536.06基波：A相30.92Arms，B相30.76Arms，C相31.34Arms奇次諧波諧波次數(shù)n13579111315171921A相含量（％）1.9534.927.500.856.601.220.372.590.380.29電流（A）30.920.6010.802.320.262.040.380.110.800.120.09B相含量（％）2.9235.147.680.676.551.110.472.460.190.13電流（A）30.760.9010.812.360.212.010.340.140.760.060.04C相含量（％）0.683.436.760.356.150.660.102.290.390.63電流（A）31.340.2110.752.120.111.930.210.030.720.120.20偶次諧波諧波次數(shù)n246810121416182022A相含量（％）1.411.070.610.340.300.660.380.400.420.190.10電流（A）0.440.330.190.110.090.200.120.120.130.060.03B相含量（％）1.210.921.160.270.300.320.130.310.120.200.10電流（A）0.370.280.360.080.090.100.040.100.040.060.03C相含量（％）1.520.861.030.210.400.340.380.400.070.150.07電流（A）0.480.270.320.070.130.110.120.130.020.050.02表中：PF—功率因數(shù)；THDI—電流總諧波畸變率。71有源電力濾波器在運行后輸入側(cè)的電氣參數(shù)相序U(V)I(A)P(kW)Q(kvar)S(kV.A)PFF(Hz)THDI(%)A相222.531.903.5345.3716.185－0.49750.056.86B相218.831.903.5225.1456.003－0.51350.057.21C相219.531.883.4885.3296.133－0.49250.057.83基波：A相31.82Arms，B相3.84Arms，C相31.84Arms奇次諧波諧波次數(shù)n13579111315171921A相含量（％）0.782.023.400.0381.631.410.620.240.480.35電流（A）31.820.250.641.080.010.520.450.200.080.150.11B相含量（％）0.643.602.680.121.550.800.150.450.340.16電流（A）31.840.201.150.850.040.490.250.050.140.110.05C相含量（％）1.074.513.350.510.611.100.660.640.140.39電流（A）31.840.341.441.070.160.190.350.210.200.040.12偶次諧波諧波次數(shù)n246810121416182022A相含量（％）1.751.571.240.631.030.750.520.430.180.290.18電流（A）0.560.500.390.200.330.240.170.140.060.090.06B相含量（％）1.411.381.460.411.001.010.500.700.340.300.16電流（A）0.450.440.780.130.320.320.160.220.110.100.05C相含量（％）1.781.441.170.260.220.850.560.800.200.450.28電流（A）0.570.460.370.080.070.270.180.250.060.140.0972（2）電抗器電容器組濾波◆諧振頻率隨電容器組的投入和切出而改變，一旦出現(xiàn)與諧振頻率一致，就不可避免的產(chǎn)生諧振?！綦娙萜髟谂潆娤到y(tǒng)中，若系統(tǒng)存在諧波電流可能導(dǎo)致振蕩并引起電壓的畸變，有時諧波分量會被加倍而過載。◆在電容器回路上串聯(lián)抑制諧波電抗器，增加對高次諧波的阻抗，可避免諧振并可保護電容器。

73①濾波電抗器的電抗率選擇抑制諧波騷擾和避免串聯(lián)諧振的主要措施是，串聯(lián)一個電抗器，而濾波電抗器的電抗率參數(shù)又直接關(guān)系著濾波效果?！綦娍蛊鞯牟煌娍孤逝c諧波次數(shù)和諧振頻率的關(guān)系

計算方法：電抗率Rr0%3%4%5%6%11%12%諧波次數(shù)n（次）∝5.775.004.474.083.002.88諧振頻率fR（Hz