產生電力諧波的設備非常多,主要有變頻調速器、直流調速系統、整流設備、中高頻感應加熱設備、晶閘管溫控加熱設備、焊接設備、電弧爐、電力機車、不間斷電源、計算機、通訊設備、音像設備、充電器、變頻空調、晶閘管調光設備、電子節能燈等。

諧波的危害主要包括以下幾個方面:

(1)增加電力設施的負荷,降低系統功率因數,降低發電、輸電及用電設備的有效容量和效率;

(2)引起無功補償電容器諧振和諧波放大，導致電容器因過電流或過電壓而損壞或無法投入運行;

(3)產生脈動轉矩致使電動機振動,影響產品質量和電機壽命;

(4)由于渦流和集膚效應,使電機、變壓器、輸電線路等產生附加功率損耗而過熱;

(5)增加絕緣介質的電場強度,降低設備使用壽命;

(6)零序諧波電流導致三相四線系統的中線過載,并在三角接法的變壓器繞組內產生環流;

(7)引起繼電保護設施的誤動作,造成繼電保護等自動裝置工作紊亂;

(8)改變電壓或電流的變化率和峰值,延緩電弧熄滅,影響斷路器的分斷容量;

(9)使計量儀表特別是感應式電能表產生計量誤差;

(10)干擾鄰近的電力電子設備、工業控制設備和通訊設備,影響設備的正常運行。

2 電力諧波管制標準

為了保證電網安全和用電設備的安全、穩定、經濟運行,目前許多國家、國際組織以及一些大電力公司都制定了相應的諧波標準,如關于公用電網諧波限制的IEEE519-1992、GB/T14549-1993,關于用電設備諧波電流排放限制的IEC61000-3-2、IEC61000-3-4、GB/Z17625.1-2003、GB/Z17625.6-2003等。

雖然各諧波標準不盡相同,但都大同小異,且所有的標準都是基于以下三個目的:

(1)將電力系統電流和電壓波形的畸變控制到系統及其所接設備能夠允許的水平;

(2)以符合用戶需要的電壓波形向用戶供電;

(3)不干擾其它系統(如通信系統)的正常工作。

GB/T14549-1993《電能質量—公用電網諧波》是現行電力諧波監督管理的國家標準。除要求電網各級電壓的諧波水平不超出國標限值外,還要求用戶注入公用電網的諧波電流不超出國標允許值,否則應采取治理措施。

3 治理電力諧波的方法

諧波治理措施主要有三種:一是主動治理,即從諧波源本身出發,通過改進用電設備,使其不產生或少產生諧波;二是受端治理,即從受到諧波影響的設備或系統出發,提高它們的抗諧波干擾能力;三是被動治理,即通過安裝電力濾波器,阻止諧波源產生的諧波注入電網,或者阻止電力系統的諧波流入負載端。

由于諧波源的廣泛性和復雜性,主動治理方法受到設備結構、效率、成本、可靠性等因素影響,只能解決部分問題,受端治理方法和被動治理方法仍是目前治理電力諧波問題的主要方法。例如通過串聯失諧電抗器抑制無功補償電容器導致的諧波共振放大,通過在系統中安裝無源電力濾波器和有源電力濾波器進行濾波等。

3.1 諧波共振抑制與串聯電抗器的應用

(1)無功補償電容器引起的諧波共振與放大

當系統中含有諧波時,無功補償電容器會與系統阻抗發生并聯諧振,導致諧波放大。圖3為補償電容器引起5次諧波共振的實例。

圖4為補償電容器與電網阻抗并聯諧振的等效電路。其中C為補償電容器容量，Ls和rs分別為電網等效電抗和等效電阻，Ilf和Ilh分別為負載的基波電流和諧波電流強度，Isf和Ish分別為網側的基波電流和諧波電流強度，Us為電網諧波電壓。

定義網側諧波電流Ish與負載諧波電流Ilh之比Ish/Ilh為諧波放大因子,則Ish/Ilh與諧波頻率的關系如圖5所示,諧波共振頻率f0由式(1)確定:

作為典型參考值,假定