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諧波源及類型

如果正弦交流電壓加在設備上，產生的電流卻不是正弦交流電流，這樣的設備就稱為非線性阻抗設備，簡稱非線性設備。不是正弦波形的交流電就含有諧波成分，所以非線性設備也稱為諧波源。

工業電網中主要的諧波源有三種類型：三相橋式整流回路在每一相的正負波形上都會產生波形變化，一個周期里就有六個非正弦的波形，所以稱為六脈波設備。六脈波設備的諧波很有規律，會產生六的倍數加減1次數的諧波，即5、7、11、13、17、19……次諧波，而且隨著諧波次數升高諧波幅值會逐漸降低，所以通常只需要處理5、7、11、13次諧波。

這類設備包括有三相橋式整流器的所有設備、比如直流驅動器、變頻器、軟啟動器，UPS電源等等，是目前工業用電設備中常見的一類諧波源。

類似工業電弧爐這樣的設備工作時，電流波形變化很頻繁，會分解出次數和幅值不斷變化的諧波。

非線性的單相設備，比如帶有單相整流環節的電子儀器等等，因為三相不對稱原因會在零線上形成3次零序諧波。

1 諧波對電力系統和各種電氣設備的危害

諧波容易使電網與補償電容器之間發生并聯諧振或串聯諧振，使諧波電流放大幾倍甚至幾十倍，造成過電流，引起電容器、與電容器相連的電抗器和電阻器的損壞，甚至引起嚴重事故。

諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作、熔絲非正常熔斷，同時也會導致電氣測量儀表計量不準確。

諧波會造成變壓器、電動機等機械振動，噪聲、溫升顯著增加，絕緣壽命縮短。

諧波會引起設備和線路額外發熱，增加損耗、加速絕緣老化、降低使用壽命。

諧波能延緩電弧熄滅，造成事故擴大。

諧波導致三相四線系統中的中線電流顯著增加，引發系統故障甚至事故。

諧波通過電磁感應和傳導耦合等方式會對鄰近的通信系統產生干擾，輕者引進噪聲，降低通信質量;重者導致信息丟失，使通信系統無法正常工作。

諧波會引起生產設備運行不穩定，造成產品不合格率上升，降低企業效益。

諧波影響各種電氣設備的正常工作。據統計，由于諧波而破壞的電氣設備中，并聯電容器約占70%，其中串聯電抗器約占30%。

諧波電流使電力系統中的元件產生了附加的諧波損耗，降低了發電、輸電、用電的使用效率。

2 諧波治理及無源濾波與有源濾波的區別

目前諧波治理的技術主要有無源濾波技術和有源濾波技術兩種。

無源濾波技術是目前應用為廣泛的諧波抑制手段，它是按照希望抑制的諧波次數專門量身制造的，采用電感、電容的調諧原理，將諧波陷落在濾波器中，以減少對電網的注入。無源濾波裝置結構簡單，成本較低，技術已比較成熟，但是也存在著難以克服的缺陷：

1、濾波特性受系統參數的影響較大，極易與系統或者其它濾波支路發生串并聯諧振;

2、只能消除特定的幾次諧波，而對其他的某次諧波則會產生放大作用;

3、濾波、無功補償、調壓等要求之間有時難以協調;

4、諧波電流增大時，濾波器負擔隨之加重，可能造成濾波器過載，甚至損壞設備。

5、有效材料消耗多，體積大。

有源濾波技術作為一種新型的諧波治理方法，是消除諧波污染、提高電能質量的有效工具，與無源濾波技術相比，有著*的優勢，主要表現在以下幾個方面。

1、實現了動態補償，可對頻率和大小均變化的無功功率進行補償，對補償對象的變化有極快的響應速度;

2、有源濾波裝置是一個高阻抗電流源，它的接入對系統阻抗不會產生影響，因此此類裝置適合系列化，規模化生產;

3、當電網結構發生變化時裝置受電網阻抗的影響不大，不存在與電網阻抗發生諧振的危險，同時能抑制串并聯諧振

4、補償無功功率時不需要儲能元件，補償諧波時所需要的儲能元件不大

5、用同一臺裝置可同時補償多次諧波電流和非整數倍次的諧波電流，既可以對一個諧波和無功源進行單獨補償，也可對多個諧波和無功源進行集中補償

6、當線路中的諧波電流突然增大時有源濾波器不會發生過載，并且能正常發揮作用，不需要與系統斷開

7、裝置可以僅輸出所需要補償的高次諧波電流，不輸出基波無功功率，不但減小了有源濾波器的總容量，還可以避免輕負荷時發生無功倒送現象。

3 電能質量分析儀對諧波的檢測

電能質量是指通過公用電網供給用戶端的交流電能的品質，通俗來說就是指電網線路中電能的好壞情況。

電能質量問題主要由終端負荷側引起。例如沖擊性無功負載會使電網電壓產生劇烈波動，降低供電質量。

隨著電力電子技術的發展，它既給現代工業帶來節能和能量變換積極的一面，同時電力電子裝置在各行各業的廣泛應用又對電能質量帶來了新的更加嚴重的損害，已成為電網的主要諧波污染源。

電網系統中各個用戶端配電網中使用的整流器、變頻調速裝置、電弧爐、電氣化鐵路以及各種電力電子設備不斷增加。給用電網絡造成影響或者說是用電污染。造成電壓不穩、過電壓、產生諧波等。諧波使電能的生產、傳輸和利用的效率降低，使電氣設備過熱、產生振動和噪聲，并使絕緣老化，壽命縮短,甚至發生故障或燒毀。諧波還會引起電力系統局部發生并聯諧振或串聯諧振，使諧波含量被放大，致使電容器等設備燒毀。

這些負荷的非線性、沖擊性和不平衡的用電特性，對供電質量造成嚴重污染。因而消除供配電系統中的高次諧波問題對改善電能質量和確保電力系統安全、穩定、經濟運行有著非常積極的意義。

另一方面，現代工業、商業及居民用戶的用電設備對電能質量更加敏感，對供電質量提出了更高的要求。目前，諧波、電磁干擾、功率因數降低已并列為電力系統的三大公害。

當電網的電能質量被干擾或污染，達不到國家相關標準時，就得有針對性地對電網進行電能質量改善。要了解電網電能質量的實際情況，就必須有相應的設備對其進行測試分析，針對國內的實際情況，我公司適時開發研制了適合國情的專業電能質量分析儀器。