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摘要：本文叙述谐波的产生及其危害。通过实例证明，有源滤波器治理谐波的效果。
关键词：谐波;有源滤波器
1 引言
我公司大屯锡矿选矿流程升级改造，在流程中，选用了一定数量的变频器。流程投入使用后，谐波测量情况如下：
1.1奇次谐波电压总含量1.68％，标准限值≤4％。
1.2谐波电流含量如下表
标准限值来源于GB/T14549－1993
2 谐波的产生
向公用电网注入谐波电流或在公用电网上产生谐波电压的电气设备称为谐波源。具有非线性特性的电气设备是主要的谐波源，例如带有功率电子器件的变流设备，交流控制器和电弧炉、感应炉、荧光灯、变压器等。
谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。
3 谐波源
我国工业企业也越来越多的使用产生谐波的电气设备，例如晶闸管电路供电的直流提升机、变频调速装置、轧钢机直流传动装置、晶闸管串级调速装置和冶炼电弧炉等。这些设备取用的电流是非正弦形的，其谐波分量使系统正弦电压产生畸变。变压器激磁电流中含有3，5，7等各次谐波分量。
4 谐波的特性
谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M.Fourier)分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率、幅度与相角。谐波可以区分为偶次与奇次谐波。在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。谐波电流的量取决于谐波源设备本身的特性及其工作状况，而与电网参数无关，故可视为恒流源。在晶闸管电路中，如直流侧电流波纹较大，则5次谐波幅值将增大，其余各次谐波幅值将减少。当电网接有多个谐波源时，由于各谐波源的同次谐波电流分量的相位不同，其和将小于各分量的算术和。
5 特征谐波
各种晶闸管电路产生的谐波次数与其电路形式有关，称为该电路的特征谐波。除特征谐波外，在三相电压不平衡，触发脉冲不对称或非稳定工作状态下，各种晶闸管电路还会产生非特征谐波。进行谐波分析和计算最有意义的是特征谐波，如5，7，11，13次等。
6 谐波的危害
6.1谐波会使公用电网中的电力设备产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热，严重的甚至可能引发火灾。
6.2谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等故障，变压器局部严重过热，电容器、电缆等设备过热，绝缘部分老化、变质，设备寿命缩减，直至最终损坏。
6.3谐波会引起电网谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统构成重大威胁，特别是对电容器和与之串联的电抗器，电网谐振常会使之烧毁。
6.4谐波会导致继电保护和自动装置误动作，造成不必要的供电中断和损失。
6.5谐波会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给供电部门或电力用户带来直接的经济损失。
6.6谐波会对设备附近的通信系统产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量;重则导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。
6.7谐波会干扰计算机系统等电子设备的正常工作，造成数据丢失或死机。
6.8谐波会影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能，造成噪声干扰和图像紊乱。
7 谐波治理
谐波治理的方法一般有：基于改造谐波源本身的谐波抑制方法、装设静止无功补偿装置(SVC)、加装无源滤波器、加装有源滤波器等等。
7.1基于改造谐波源本身的谐波抑制方法
7.1.1增加整流变压器二次侧整流的相数 该措施可以较好地消除低次特征谐波，可减少谐波源产生的谐波含量。
7.1.2变压器采用Y/△或△/Y接线，该方法可抑制3的倍数次的高次谐波。
7.2装设静止无功补偿装置(SVC)
该方法是在装设静止无功补偿装置时，配置与静止无功补偿容量
一定比例的电抗器容量，来消除谐波。电抗器容量配置的百分比不同，消除谐波的次数以不同。
7.3无源滤波器
在需要治理谐波的用电点，并联由Ｒ－Ｌ－Ｃ串联电路构成的谐振回路，当Ｌ－Ｃ回路的谐振频率和某一高次谐波电流频率相同时，便发生串联谐振。由于串联谐振时阻抗很小，从而可以将谐波分流吸收避免其扩散至电网。
该方法吸收谐波的效果是比较有限的，只能消除有限的特定次数谐波。一个Ｒ－Ｌ－Ｃ串联回路，只能吸收某次特定谐波，如果需要吸收的特定次数谐波数量多，装置将会庞大复杂。
7.4有源电力滤波器
有源电力滤波器由全控电力电子器件构成，采取ＰＷＭ控制的变流器，提供与被补偿电流（或ＰＷＭ电压）大小相等、极性相反的电流或电压，以抑制负载所产生的有害电流（或电压）。
有源电力滤波器简称ＡＰＦ，作为一种新型的主动综合补偿装置，具有响应极快，功能强大，运行灵活，不受电网频率影响，不与电网发生谐振，体积小，耗能少等优点，因此必将在电力系统中获得日益广泛的应用。
8 有源电力滤波器应用
8.1治理前谐波测量
治理前测得我公司大屯锡矿选矿某配电所谐波情况如下：
8.1.1奇次谐波电压总含量1.68％。
8.1.2谐波电流含量如下表
9 结束语
有源电力滤波器投入使用后，治理点的谐波含量以达到GB/T14549－1993的要求。以后，随着电力电子器件成本的下降及控制技术的发展，有源电力滤波器的应用必将会越来越广泛。
参考文献：
[1]GB/T14549－1993
[2]《滤波治理与无功补偿技术问答》化学工业出版社
[3]《电力滤波分析与治理技术指导手册》中国电力出版社
论文作者:赵声飞
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/15
标签：谐波论文; 滤波器论文; 电流论文; 电网论文; 谐振论文; 电力论文; 电压论文; 《电力设备》2017年第21期论文;