摘要：随着电子和信息技术的发展，产生谐波的设备类型和数量都在快速增长，因此，必须消除谐波给生产、生活带来的危害。基于此，本文阐述了工厂供电系统中谐波的危害，并提出了相应的防治措施，以供参考。
关键词：工厂；供电系统；谐波；危害；对策
随着电子技术的广泛应用和发展，工厂供配电系统中增加了大量的非线性负载。这些非线性负载在工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压、电流波形畸变，降低了电能质量。解决谐波问题，不仅能降低电能损耗，而且还能延长设备的使用寿命，改善电磁环境，提高产品的质量。
1谐波概述
供电系统中的谐波指的是以傅里叶级数分解周期性非正弦电量，在这当中，会得到两种分量，一种与电网基波频率相同，另一种大于电网基波频率，大于电网基波频率的这种分量就是所谓的谐波。谐波次数等于谐波频率比上基波频率，即n＝fn/f1，如果基波频率能被谐波频率整除时，则成为整数次谐波，此类谐波直接通过次数来表示。比如fn/f1＝3时，此谐波被称为3此谐波，如果fn/f1＝5，则称为5次谐波，像这样，比值是3、5、7次的谐波，我们称之为奇次谐波，同样的道理，如果谐波频率与基波频率的比值是2、4、6、8则称之为偶次谐波，通常情况下，奇次谐波所产生的危害要远远大于偶次谐波。
2谐波污染
工业中的很多电力设备都会产生谐波，例如：半导体晶体闸管、功率转换器、交流电焊机等。谐波的污染其实是指它的负功能和危害。谐波会导致电网中电压发生畸形变化，降低电力系统的供电质量。谐波不仅会影响供电质量，还会影响供电系统中的相关器械，包括电压器、机电保护装置等等。谐波也被认为是电网中最大的污染源。谐波造成的危害有以下几点：①对外，达不到供电部门的要求，考核不合格，用户会受到供电部门的处罚；②对内，谐波的大量存在会造成整个系统的用电损耗增加，使设备大量发热，减少设备的使用寿命，并有可能会影响设备的正常运转。③产生附加损耗，增加设备的温升；④恶化绝缘条件，缩短设备寿命；例如电容器的炸裂，接触器开关的损坏；⑤可能引起电机的机械振动；⑥无功补偿电容器组可能引起谐波电流的放大，甚至造成谐振；⑦对继电保护、自动控制装置和计算机产生干扰和造成误动作；⑧影响测量仪表的精度，造成电能计量的误差。⑨干扰相邻通信线路正常工作。我们应该建立预防措施，以防故障发生。
3供电系统谐波的传输途径
3.1工厂电网组件的频率特性
在谐波的允许范围内。在混磁场和电涡流的共同作用下，工厂电网组件的谐波特性曲线要引入长线效应，即变压器极其导电线的阻值R和供电系统谐波频率呈正比关系，其等效电感L和电系统谐波频率呈反比关系。导电线和电容的容量C则基本不受电系统谐波频率影响而保持恒定。工厂中电机设备负载可简化的情况下只把电机设备漏感的因素囊括其中。工厂电机漏感的函数特性曲线与变压器的大致相同。
3.2工厂电路的等效电路
工厂电路可以由电路中各个组件的相关参数Rn，各个组件的相关特性Sn组成等效电路。非两相对称接地电路的等效电路往往可以采用单相表示。依据等效工厂供电电路可以精确的计算电路中各个组件的参数。等效工厂供电电路在一定频率的谐波下回发生同等频率的谐振，导致工厂供电系统谐波电流增大。
4谐波治理的方法
4.1有源滤波器
有源滤波器是一种可以实时、高精度进行谐波检测的电力电子装置，是现阶段解决电网谐波的重要工具。它能够抑制谐波的大小并补偿无功功率，并联型有源滤波器可视为电流源，抑制电流型谐波对网侧的影响。现阶段比较常见的有源滤波器电流跟踪控制方法有滞环控制法、三角波比较法和空间电压向量控制法（SVPWM）。滞环电流控制法属于瞬时电流的差值控制，实现了电流的实时控制、鲁棒性好，适应场合广，但其控制精度和开关频率受到环宽的影响。针对三相逆变器结构采用了定频滞环控制技术，稳定了开关频率，但对于控制精度有待提高。三角波比较法保证了固定的开关频率，但其响应速度慢，控制精确度低。空间电压向量的控制方法采用了电压向量调制技术，提高了直流电压利用率和控制精度，还可以采用空间向量控制技术，选取最优电压向量，来加速系统的动态响应，但开关频率处在不稳定的状态。
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4.2无源滤波器
无源滤波器简称（LC）在电力系统中滤波器就是无源的，它主要是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可以过滤掉一次或多次的谐波，最简单的无源滤波结构是把电感和电容串联，可对主要次谐波（357）构成低阻抗旁路；无源滤波器种类繁多，单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于它。由于它的类型多还便于维护，所以受到广大使用者的推崇，但目前我们已经不在对其产生依赖感。
4.3对谐波源进行改造
首先从产生谐波的根源入手，各种非线性组件是产生谐波的主要来源，因此，就要从电子装置入手，想办法减少谐波的产生。从测试中可以看出，加强变流的装置周期能够消减脉动次数，降低起伏幅值的大小，进而减少谐波源。采用这种方法就一定要使用波段测试装置，从技术角度干预异常波段。同时，还要在供电系统中应用高频率因子整流器，以自动改造谐波源。
4.4动态补偿一体化
动态补偿一体化就是将无功发生器中自换相的桥式变流电路通过电抗或者直接与供电系统并联，其内部的智能控制单元就能够获取无功补偿。自动调节桥式电路输出的交流电压相位与幅值可使输送进供电系统中的电压处于正弦波形式。这种方式有效发挥了动态补偿和质量谐波的作用。
4.5从管理层面对谐波的处理采取措施
为了保证工厂正常的工作和高效的运转，采取相应的应对措施来避免谐波的危害变得尤为重要。可对工厂电网的标准进一步加强和对相应的国际规范进行宣传及贯彻，对供电系统中谐波的定义、检验等在工厂里进行科普，明确对供电系统中谐波的治理是一项可以保证工厂高效的措施，也符合21世纪低碳环保的理念。领导层对所管的电网进行系统实时精确的分析，采用科学有效的方法测量，这样既能对谐波的来源进行进一步的掌控，也能为下一步工厂供电系统中谐波的治理提供有效的原始数据。
4.6采用K额定值变压器
其变压器内的导线有所加粗，并加强冷却以便承载谐波负载。而普通变压器则需要靠降低额定容量来减少因谐波多产生的热量。根据实际运行情况，普通变压器负载最低需降到铭牌额定值的50%，这种方法未尝不可以解决谐波问题，但是变压器的效率降低了。在确定处理方案之前，应仔细比较采用K额定值变压器与采用普通变压器降容两种方法，哪一种方法更为经济。
5使用示波器测量供电系统谐波分析方法
将上述所述可知，针对供电系统电压采样，然后做FFT可以得到频谱，从频谱上可以得到谐波频率分量的幅度，对比谐波频率分量的幅度和主信号的幅度可以到电压的谐波畸变率。针对台站低压供电系统的谐波测量，在不使用专用的谐波分析设备的情况下，我们使用示波器搭配使用10倍的探头对电网电压进行采样，然后通过使用FFT函数计算，在频域内观察不同谐波的频率上的幅值就可以准确的确定谐波的成分。
在三种情况下测试该台站供电系统电压谐波率：①使用市电供电，UPS输出端的谐波测量；②使用市电供电，UPS输入端的谐波测量；③使用油机供电，UPS输入端的谐波测量。由于UPS是对电压进行整流，然后再滤波，所以从UPS的工作原理来考虑，UPS输入端的谐波，对UPS的输出是没有影响的，所以不予测量。三种情况下测量结果由DB转换成电压比值。
根据电压总谐波畸变率的定义分别计算油机谐波，UPS谐波，市电谐波的结果为：油机谐波：5.62%；UPS谐波：0.68%；市电谐波：2.24%。从测量结果上来看，油机谐波已经超过了国家相关标准规定的5%，而UPS谐波与市电谐波远远低于国家的相关标准。
结语
谐波治理是提高电能质量的重要手段，只有深入了解供电系统中谐波形成的原因，针对原因找到谐波治理的优化措施，才能更好地实现供电系统的安全、优质、经济运行。
参考文献：
[1]田玉虎．浅析矿井供电系统中谐波的产生及抑制方法[J]．江西煤炭科技，2014（01）：64～65．
[2]冯剑飞，王臻卓．浅析供电系统中谐波产生的原因、危害及防护措施[J]．机电信息，2014（27）：23～24．
论文作者:薛超
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/4/1
标签：谐波论文; 供电系统论文; 频率论文; 电压论文; 工厂论文; 滤波器论文; 电网论文; 《电力设备》2018年第29期论文;