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供电网络的谐波污染与谐波抑制

摘要：分析了供电系统中谐波污染的产生以及对供电系统的危害，介绍了各种

解决谐波污染的手段及所使用的设备，以保证供电网络的品质。

关键词：基波；谐波；谐波标准；无源滤波器；动能谐波器

1谐波的产生

在供配电系统中的高次谐波要紧产生于非线性负荷用电设备，如变流装置及

电弧炉等；在低压电网的谐波污染，要紧来源是功率电子设备，如驱动器、UPS、

焊接器、运算机、打印机等。通常设备里的半导体开关只会在基波周期的某段时

刻通电，这使设备具有剩电、动态特性和灵活操纵等优点，从而产生较大畸变的

不连续电流。以以下举一些典型负载引起的谐波畸变。配备平滑电容器的单相整

流器电路布置如图1〔a〕所示，可在单相负载中应用。从电源取用的电流值会

在一周期的某段时刻突然上升或下降，电压与电流波形见图1〔b〕。

这种电流波形包含了专门多奇次谐波，奇次谐波的幅值可能会高于基波电流重

量。该电路布局的广泛应用，将导致过多的谐波电流流入供电系统。六脉波桥以

三相功率为主的设备通常采纳六脉波桥，例如驱动装置和UPS，六脉波桥的直

流侧，可连接平滑电抗器、平滑电容器或以上两者。所用的开关能够是可控的〔可

控硅等〕或不可控的〔二极管〕，视所用设备确定。连接平滑电抗器的二极管桥

的电路布局如图2〔a〕，电流波形如图2〔b〕。

连接平滑电容器的二极管桥的电路布局如图3〔a〕，电流波形如图3〔b〕。

事实上，关于六脉波变流器而言，在理想条件下即：

〔a〕电源为理想的正弦波、并三相对称；

〔b〕直流侧电抗足够大，直流电流无纹波；

〔c〕交流侧电抗为零。

关于如图4〔a〕而言，交流电流波形可分解为一系列谐波电流重量

关于如图4〔b〕而言，交流电流波形可分解为一系列谐波电流重量

由上式可见，注入系统的谐波是kp±1次。

通常，一个连接着专门大的平滑电抗器的六脉波桥，所产生的谐波电流值大

约为

其中：I———n次谐波电流幅值；I—基波电流幅值；N———谐波次数

n1

2谐波标准

目前大多数现代电力设备是谐波电流的来源。这些电流进入供电系统后将造

成电压谐波，这将阻碍到连接在同一母线的其他负荷或连接同一电源的临近装

置。因此，国家规定谐波造成电网电压波形畸变率极限和用户注入电网的谐波电

流承诺值应满足国家标准。

当电网公共点的最小短路容量异于表中基准短路容量时，按下式修正表2中

的谐波电流承诺值

式中Sk1———公共连接点的最小短路容量，MVA；

Sk2———基准短路容量，MVA；

I———表2中第n次谐波电流承诺值，A；

np

I———短路容量为S时的第n次谐波电流承诺值，A。

nk1

3谐波的限制

由于电网所带的专门多种类的负载会把谐波电流带入电源，而这些电流会使

供电电压畸变，同时增加了畸变波形的有效值和峰值。有效值的增加会使电力设

备过热导致发、配电设备及用电设备效率降低，阻碍继电自动装置动作的准确性，

电子通信设备亦将受到干扰。为抑制谐波的产生，可采纳专门多方法。对装

置作出结构上的改造，例如采纳12脉波变流器取代6脉波变流器，因为12脉

波变流器产生的谐波电流次数是11、13、23、24…，而每一谐波重量的幅值是：

可见这比6脉波变流器有专门大改变。

当谐波值较高时，可使用谐波滤波器。在中压以上供电系统中，目前常采纳无源

滤波器，无源滤波器大致分为以下六种，如图5所示。

单调谐滤波器通频带窄，滤波成效好，损耗小，调谐容易，是使用最多的一种类

型；双调谐滤波器可代替两个单调谐滤波器，只有一个电抗器〔L1〕承担全部

冲击电压，但接线复杂，调谐困难，仅在超高压系统中使用。

一阶高通滤波器因基波损耗大，一样不采纳；二阶高通滤波器通频带专门宽，滤

波成效好，但损耗比单调谐大，通常用于较高次谐波；三阶高通滤波器电容器利

用率较高，基波损耗小，但滤波成效不如二阶高通滤波器，一样用于电弧炉滤波；

〝C〞式高通滤波器滤波性能处于二阶和三阶高