1、電網(wǎng)高次諧波問題分析梁曉紅1，李貞2（1平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院電力工程系，河南 平頂山；2平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院電力工程系，河南 平頂山）摘要：文中對電網(wǎng)高次諧波的產(chǎn)生及危害進行了闡述，介紹了電網(wǎng)諧波分析的一種常用數(shù)學基礎小波分析法，并通過裝設濾波器等抑制方法阻止高頻諧波進入電網(wǎng)，保證電網(wǎng)供電質(zhì)量。關鍵詞：電網(wǎng)；高次諧波；小波分析；無源濾波器在電力系統(tǒng)中，供電波形畸變是影響電能質(zhì)量的重要因素之一。近年來，各工礦企業(yè)大量采用各種晶閘管整流裝置、變頻裝置以及交流電力調(diào)整裝置，增大了電網(wǎng)的非線性負載，再加上電網(wǎng)本身存在的非線性元件，均向電網(wǎng)注入了大量的高次諧波。高次諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，

2、周期性的非正弦交流電進行傅里葉級數(shù)分解可得基波（其頻率與工頻相同）以及頻率為基波頻率整數(shù)倍的各次諧波，基波以外的各次諧波通常稱為“高次諧波”。電網(wǎng)中高次諧波的出現(xiàn)是造成波形畸變的主要原因。一、高次諧波危害電網(wǎng)高次諧波的危害主要有以下方面：1、引起電網(wǎng)中局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，放大諧波電壓或諧波電流；2、加速電容器介質(zhì)老化，還可導致電容器成倍地過負荷，出現(xiàn)異常聲響、熔絲熔斷、“鼓肚”等現(xiàn)象，嚴重時導致其他設備無法正常運行，不得不將電容器組斷開，電網(wǎng)被迫在低的功率因數(shù)下運行；3、增加附加損耗，降低發(fā)電、輸電及用戶設備的效率；4、使繼電保護及其自動裝置誤動作，導致電氣測量儀表計算誤差增加。諧波電流能

3、影響甚至破壞利用電力線路作為聯(lián)系通道的遠動裝置的動作。母線電壓的畸變，還能引起整流設備觸發(fā)脈沖控制裝置的觸發(fā)周期不穩(wěn)定，使晶閘管閥的觸發(fā)角或觸發(fā)時間間隔不相等，影響整流設備的正常運行；5、諧波對鄰近的電話線路產(chǎn)生了靜電感應和電磁感應，造成其對通信系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重干擾，輕則降低信號的傳輸質(zhì)量，重則導致信息丟失。由于這些非線性負載的增加，引起高次諧波這一電網(wǎng)公害，導致電網(wǎng)電壓正弦波形嚴重畸變。我國于1993年頒布了諧波管理的國家標準電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波，明確規(guī)定了用戶注入電網(wǎng)的諧波電流的允許值和在電網(wǎng)公共連接點處產(chǎn)生的電壓畸變值。當超過標準時，必須采取相應的抑制措施，從根本上解決諧波污染問題。二、高次

4、諧波數(shù)學分析方法電力電子裝置所產(chǎn)生的高次諧波污染，已日漸成為阻礙電力電子技術發(fā)展的重大問題。實時諧波檢測，對諧波問題進行研究，前提是研究諧波測量的數(shù)學分析方法。電網(wǎng)中的電流和電壓等物理量，無論其是否為正弦量，都可作為信號（非正弦周期函數(shù)）進行分析處理，其數(shù)學基礎方法是傅里葉級數(shù)展開和傅里葉變換。在實際系統(tǒng)中，波形大都可以用解析式表示，有些波形則不能用解析式表示，此時，均可以采用將此周期函數(shù)離散化的處理方法，轉(zhuǎn)化為時間函數(shù)，采用離散傅里葉變換（DFT）和快速傅里葉變換（FFT）計算出各次諧波值。在此基礎上，小波分析是近年來數(shù)學研究成果之一，因其在理論上的完美性和應用上的廣泛性，使小波分析在信號處

5、理、圖像分析、模式識別等領域中得到了廣泛應用。小波分析可以根據(jù)波形不同的頻率成分，在時域和空間域自動調(diào)節(jié)取樣的疏密；頻率高時，則密；頻率低時，則疏。基于小波分析這些優(yōu)秀特性，研究人員可以觀察波形的任意細節(jié)并加以分析。小波變換及性質(zhì)可定義為函數(shù)如果滿足以下的容許條件： （1-1）則稱h(x)是一個基本小波或小波母函數(shù)，而稱 （1-2）式（1-2）為由小波母函數(shù)(x)生成的依賴于參數(shù)a和b的小波。也可以看成是由h(x)經(jīng)伸縮平移后得到的一個函數(shù)簇。小波變換中參數(shù)a、b有明確的物理意義，a是頻率參數(shù)，b是時間參數(shù)。小波變換的主要性能是其“變焦”性能，該特性能將高次諧波信號中各種不同頻率成分分解在相應

6、的時空域，并給出不同頻率正弦波的相位。在有源濾波器的檢測電路中，需要檢測的只是除去基波外的所有畸變波形的含量，不需要分析出各次畸變波形的大小，但是實時性要求很高，而傅里葉變換能分析出各次畸變波形的分量，但實時性較差。小波變換是一種調(diào)和，不僅能實現(xiàn)實時，而且變換本身對波形的奇異點非常敏感，該特點可以用來跟蹤那些變化非常突然的諧波信號，而這種信號正是高次諧波檢測的難點。三、 抑制電網(wǎng)諧波的方法抑制和消除高次諧波的目的，是為了使電網(wǎng)電壓的畸變率不超過2%，電壓的負序分量不超過正序分量的1%或1.5%，電壓的零序分量不超過正序分量的1%時，電機可以保證正常運行。抑制諧波措施有以下幾方面：1、減少諧波源

7、具體措施是讓系統(tǒng)整流設備容量遠遠小于系統(tǒng)短路容量，由于系統(tǒng)短路容量大，系統(tǒng)電抗小，因此系統(tǒng)電壓畸變就小。1）采用多脈沖波換流器，采用多相脈沖換流器以增加脈波數(shù)，可以大幅度地消除低次諧波，一般采用脈波數(shù)為12。少用半控橋式接線，因為這種接線所產(chǎn)生的諧波中含有不易處理的偶次諧波。2）采用變壓器相位移，比如三繞組變壓器，通過二次繞組相位移30o電角度后，由兩個格雷茲橋串聯(lián)組成的換流器單元，脈波數(shù)提高為12。3）受電變壓器的一次和整流變壓器的二次分別采取型連接方式，這樣做可消除3次、6次、9次諧波。2、改進電氣設備結(jié)構(gòu)，提高抗諧波能力在電網(wǎng)中，為了抵抗軸電流，電機采用接地電刷裝置或軸承座加絕緣措施。電

8、氣設備采用疊片磁路，減少渦流損耗。同時，為了提高耐熱能力，采用真空壓力敷設VPI浸漬工藝措施，用于提高抗諧波能力。3、裝設濾波器濾波電容器是指與有關器件，如電抗器、電阻器等連接在一起，對一種或多種諧波電流提供低阻通道的一種電容器。其作用是對某種諧波電流發(fā)生共振而被吸收，不注入電網(wǎng)。濾波器安裝在非線性負載側(cè)的母線上。濾波器分為無源型和有源型。無源濾波器具有簡單可靠維護方便等優(yōu)點而被廣泛使用，有源濾波器是新一代的諧波補償裝置，具有良好的補償特性，能同時滿足補償諧波和無功功率要求，由于其價格較高維護復雜等缺點，在我國應用還不太廣泛。四、結(jié)語電網(wǎng)高次諧波引起電網(wǎng)公害，導致供電質(zhì)量下降，嚴重影響各種電氣設備的安全運行。本文從高次諧波分析數(shù)學方法入手，闡述了高次諧波的抑制方法，如裝設濾波器，通過