电网谐波的危害及治理

器等
三相整流器：变频调速器
三相整流器：充电器
三相整流器：UPS
谐波源种类
整流电路 交流调压电路 交－交变频电路
产生 大量 的谐波
谐波危害
加速电容器老化
影响电动机效率和正 常运行，寿命缩短
影响通信系统 的正常工作
谐波
继电保护装置 误动作
增加变压器和线路损耗
容易引起局部谐振
谐波占用电源容量
• 谐波将导致保护装臵受到干扰而误动或拒动，可靠性降 低。
•
• • •
当有谐波存在时，将导致产生测量误差。
信息化设备无法正常工作。 系统(电网)不稳定，用电设备无法正常运行。 精密、精细加工工艺流程无法正常生产。 导致结果：设备发热，效率降低，异声及振动，绝缘老
化及至击穿，缩短使用寿命，严重时导致电气火灾事故。
系统侧 谐波源
C
Ih
1、补偿投入时熔断器烧坏； 2、导致电容器击穿； 3、补偿柜投不上； 4、 使电容器击穿甚至爆炸；
谐波对电动机的影响
• • • • • • 电动机转矩产生脉动 起动和运行性能变坏 电动机的损耗增加 温升增加，缩短电动机的使用寿命 减少电动机的出力 产生机械振动和噪声
谐波对电网的影响
基波叠加5次和7次谐波示意图
谐波产生的原因
高次谐波产生的根本原因是由于电力 系统中某些设备和负荷的非线性特性，即 所加的电压与产生的电流不成线性（正比） 关系而造成的波形畸变。
谐波产生的原因
电网谐波来自于三个方面：
（1）发电源质量不高产生谐波； • 由于发电机制造工艺的问题，致使电枢表面的磁感 应强度分布稍稍偏离正弦波，因此，产生的感应电动势 也会稍稍偏离正弦电动势，即所产生的电流稍偏离正弦 电流。当然，几个这样的电源并网时，总电源的电流也 将偏离正弦波。 • 发电机发出谐波电势的同时也会有谐波电势产生， 其谐波电势取决于发电机本身的结构和工作状况，基本 上与外接阻抗无关。故可视为谐波恒压源，但其值很小。
谐波占用电源容量
无功功率 谐波功率
D和Q一样，无法 转化为有用功
有功功率
视在功率
谐波对电容的影响
电容器对高次谐波呈现低 阻抗特性
1 ZC C
2 f
谐波电流会更多的流过电 容器，使电容器长期工作 在过载情况，导致电容器 寿命缩短，甚至烧毁。补 偿柜投不上、电容器嚣叫。
谐波对电容的影响
谐波对用户的危害
设备
产品
费用 支出
安全
谐波导致系统 中电容器的老 化、电抗器烧 毁、损坏电动 机、危害变压 器产生过热、 损坏通信设备 、加速电缆老 化。
谐波影响生产 线的安全稳定 运行，导致产 品质量下降， 例如：造纸、 纺织、等精密 生产行业等。
谐波增加线路 损耗、导致用 户用电费用增 加，设计容量 提高。
影响电能质量的主要因素之一，因此进行谐波
治理也成为了现代电力生产发展的迫切要求。
谐波是什么

什么是谐波？
线性负载
两类负载
非线性负载
U I

Hale Waihona Puke Baidu
线性负载 I
U
基波
3次谐波
5次谐波 7次谐波 9次谐波
谐波的基本概念
供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解 ，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频 率的分量，这部分电量称为谐波。
而电流流经非线性负载时，则负载上电流为非正弦电波，
即产生了谐波。
谐波产生的原因
电网谐波来自于三个方面：
（3）用电设备产生的谐波。 非线性负载举例： 整流器、开关电源、变频调速器、电子计算机、 荧光灯、微波炉、电视机、电话等等 …
开关电源
变频调速器
充电器
荧光灯
谐波产生的原因
调光器、加热器；
开关电源负载：计算机、家用电
谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1) 称为谐波次数。电网中有 时也存在非整数倍谐波，称为非谐波（Non-harmonics)或分数谐波。
fundamental
对于我国使用的 50Hz 电源来 说基波为 50Hz ， 3 次谐波为 150Hz ， 5次谐波为250Hz，以此类推。
distorted wave harmonics
电网谐波的危害及治理
讲解内容
谐波的产生 谐波产生的危害 谐波治理方案 有源电力滤波器工作原理
有源电力滤波器应用实例
HAERBIN WEIHAN ELECTRIC EQUIPMENT CO,. LTD.
引 言
随着科学技术的发展，各种非线性和时变 性电子装置如逆变器、整流器及开关电源等大 规模使用，使得电力系统中谐波成份显著增加。 其负面效应日益显见。“谐波污染”已经成为
谐波产生的原因
电网谐波来自于三个方面：
（2）输配电系统产生谐波； 供电系统本身存在的非线性元件是谐波的又一来源。 这些非线性元件主要有变压器激磁支路、交直流换流站 的可控硅控制元件、可控硅控制的电容器、电抗器组等。
谐波产生的原因
电网谐波来自于三个方面：
（3）用电设备产生的谐波。 由于用电设备的非线性，导致谐波的产生。当电流 流经线性负载时，负载上电流与施加电压呈线性关系；
线性负载没有谐波 : • 功率因数＝Cos
S = P2 + Q2
S (VA)
P (W)

S (VA)
D:谐波失 真功率
> S = 视在功率 > P = 有功功率 > Q = 无功功率 > D ＝失真功率
S=
非线性负载 : • 功率因数 PF= P/S（有功功率/视在功率）
P2 + Q2 + D2
• 谐波的集肤效应使谐波电阻比基波电阻增加很大，因此谐
波引起的附加损耗也有所增加。
• 谐波源发出的谐波有功功率也给接在电网上的其他用电设 备带来危害，并增加功率损耗。 • 磁吹线圈不能正常工作，导致断路器无法断开以至损坏。 • 导致中线过载过热、绝缘损坏，发生短路，引起火灾。
谐波对保护、通讯、测量的影响
谐波导致继电 保护装置的误 动作和据动作 ，控制柜无法 正常工作，存 在谐振危险， 增加电火灾的 可能等。
国内相关政策法规
1993 年国家技术监督局制定颁布了 GB/T14549---1993 《电能质量公用电网谐波》标准，作为对电力系统产品电 能质量的要求，规定了公用电网谐波电压（相电压）限值， 作为限制用电户谐波污染的排放。对于用电户，一则要求 购置的用电设备先进合理设计，产生的谐波电流符合 GB 17625.1—1998 《低压电气及电子设备发出的谐波电流限 制值标准》。二则对于不能满足要求的用电户，要求安装 电力谐波滤波器。 1995 年国家通过了《电力法》，并于 1996 年 4 月 1 日起实施。《电力法》规定：“用户用电不得危害供电、 用电安全和扰乱供电、用电秩序”（第三十二条），在电 能质量治理上必须遵循《电力法》规定，“谁污染、谁治 理”的原则。对于新投产的项目，必须根据用户用电负荷 性质给电能污染造成的程度，加装消除电能污染的设备。