维普资讯 http://www.cqvip.com 第２３卷第５期 甘肃科技 Ｇａｎｓ ｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖ ．２３ Ｎｏ．５ Ｍａｙ． ２００７ ２００７年５月 工厂供电系统中谐波的治理 张明磊 （兰州生物制品研究所，甘肃兰州７３００４６） 摘 要：文章介绍了工厂供电系统中谐波的产生、危害以及谐波的基本参数及计算，通过实例阐述 了谐波的检测及治理。 关键词：谐波源；小波检测；周期交错；谐波治理 中图分类号：ＴＭ７４４ 随着电力电子技术的广泛应用与飞速发展，工 厂供配电系统中增加了大量的非线性负载，这些非 ＴＨＤＩ—ＩＨ／Ｉ１×１００ １．２谐波的危害 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，使电能质量变坏。治理 好谐波，不仅能降低电能损耗，而且能延长设备使用 寿命，改善电磁环境，提高产品的品质。例如笔者所 在单位是一个住宅小区与生产疫苗合一的制药企 谐波的危害有：电压畸变、过零噪声、中性线过 热、断路器的误动作、电容器的过载故障、载流导体 的集肤效应、电动机及变压器的损耗增加等。 ２谐波的检测 对于三相对称系统的谐波检测，可采用谐波测 试仪来监测和分析谐波。但笔者所在单位，由于大 业，因生产工艺的需要大量使用变频器、不间断电源 等，职工生活中也大量使用空调器，使电网受到谐波 的污染。下面就笔者所在单位供电系统中谐波的治 理谈点滴体会。 量使用单相离心机，单台离心机额定电流达３０Ａ，造 成供电系统成三相不完全对称系统。因此在谐波检 测中采用周期交错法检测谐波，原理是将小波变换 应用于电力系统的基波与谐波分离的方法主要是基 １ 谐波的基本参数及危害 １．１谐波的基本参数有三个 于ＭＡＬＬＡＴ算法的正交小波多分辨率分析。小波 是一种数字信号处理工具，已经广泛地应用于电力 ａ．谐波含有率谐波含有率是周期性电气量中含 有第ｎ次谐波分量有效值与其基波分量有效值之 比，用百分比表示。第ｎ次谐波电压和谐波电源含 系统谐波检测中。但是，目前的小波变换在三相不 对称系统的谐波检测中存在着无法分离基波正序信 号的不足。因此，利用周期交错法将小波变换引入 三相不对称系统。 单纯的小波变换在不对称系统的谐波分离中仍 有率分别为ＨＲＵ 一Ｕ ／ｕ ×１００ ＨＲＩ 一Ｉ ／Ｉ１×１００ ９／６ 式中：Ｕ 、Ｕ ——第ｎ次谐波电压和基波电压 有效值，ｋＶ； Ｉ 、Ｉ ——第ｎ次谐波电流和基波电流有 效值，Ａ。 ｂ．谐波含量 谐波含量（电压或电源）是周期性电气量中含有 的各次谐波分量有效值的平方和平方根值。 Ｃ．谐波畸变率 然存在一定的局限性，我们可以从另一个角度人手， 利用其它的数学方法将基波负序电流分离，结合小 波的数字滤波，分离出基波正序信号。根据对称分 量法，设某三相不对称系统中的Ａ、Ｂ、Ｃ三相的相电 流ｉａ、ｉｂ、ｉｃ，对三相电流进行与ｉｐ—ｉｑ法相同的ａ一 ８变换，不减去相电流中存在的零序电流，变换后， 则零序电流已经在分解中消除，因此零序信号对小 波变换的影响可以忽略。其基波正序、基波负序电 表征波形畸变程度的总谐波畸变率，是用周期 性电气量中的谐波含量与其基波分量有效值分比， 用百分数表示。电压、电流总谐波畸变率分别为： ＴＨＤｕ—ＵＨ／ｕ１×１００ ９／６ 流所组成的序列存在着如下的相位关系：１２１ＣＯＳ （２ｒｉｆｔ＋ ２１）超前Ｉ２１ｓｉｎ（２ｒｉｆｔ＋ ２１）兀／２，一Ｉｌ１ＣＯＳ （２ｒｉｆｔ＋ ｌ１）滞后Ｉ１ｌｓｉｎ（２ｒｉｆｔ＋ ｌ１）的相位也为兀／ ２，将Ｉ２１ ｃｏｓ（２ｒｉｆｔ＋ ２１）和一Ｉｌ１ＣＯＳ（２ｒｉｆｔ＋ ｌ１）同 维普资讯 http://www.cqvip.com １１２ 甘肃科技 某车阃 ＨＲＩ ＨＲＩ。 ＨＲＩ１１ ＨＲＩ１３ 第２３卷 变频风机回路 ６．９０％ ０．２０％ ６．４０％ ２．９Ｏ 时顺时针相移 ／２，可以得到一组新的相位关系： Ｉ２ｌｃｏｓ（２￣ｆｔ＋ ２１—７ｃ／２）与Ｉ２ｌｓｉｎ（２￣ｒｆｔ＋ ２１）的相 ７．１Ｏ％ ０．４Ｏ％ ６．２０ ２．８０ ７．３Ｏ％ ０．４０％ ６．４０％ ２．６Ｏ％ 位着为０，即二者大小相等且方向相同；一Ｉ１１ｃｏｓ （２￣ｆｔ＋ ｌ１—７ｃ／２）与Ｉ１ｌｓｉｎ（２Ｍｔ＋ ｌ１）的相位差为 ７ｃ，即二者大小相等而方向相反。用正弦部分减去 经过７ｃ／２相移后的余弦部分，１２１ｃｏｓ（２￣ｒｆｔ＋＠２１— ７ｃ／２）与Ｉ２ｌｓｉｎ（２￣ｒｆｔ＋ ２１）大小相等、相位相同，相 互抵消，而一Ｉ１ｌｃｏｓ（２￣ｒｆｔ＋ ｌ１—７ｃ／２）与Ｉ１１ｓｉｎ 通过测试发现，主要的谐波是５次谐波。 ３谐波的治理 （２Ｍｔ＋ ｌ１）叠加，所得结果为２ Ｉｌｌｓｉｎ（２ ７ｒｆｔ＋ ∞ｌ１）。 经过相移以及减法运算，正弦部分的基波负序 成分Ｉ２１ｓｉｎ（２ ７ｄｔ＋ ２１）消除，剩下的即为基波正序 分量２１１１ｓｉｎ（２ ７ｒｆｔ＋ ｌ１）与高次谐波的叠加。７ｃ／２ 相移的实现可以利用周期交错完成。一个系统的基 波工频周期所产生的相移为２７ｒ，因此Ｉ／４个工频周 期产生的相移即为 ／２，因此在某一时刻ｔ的正弦 部分的基波分量与在ｔ—ｉ／４ｆ时刻的余弦部分的基 波分量存在 ／２的相位差，二者相减即可去除正弦 部分中基波负序分量。余弦部分，可以采用与同样 的相移方法将基波正序分量与负序分量分离开来， 只是在 ／２相移之后的运算改为加法。通过计算将 Ａ、Ｂ、Ｃ三相相电流的基波正序电流ｉａｐｆ、ｉｂｐｆ、ｉｃｐｂ 分离出来之后，用各相相电流减去该值即为各时刻 的谐波电流值。 利用上述方法，在单位主进线回路进行谐波含 量的测量，结果如表１所示。 表１电流畸变率值 主进线回路 Ａ相 Ｂ相 Ｃ相 ＴＨＤ １５．２Ｏ １６．３０ １７．１Ｏ ＨＲＩ。 ３．６０ ４．８０ ５．８Ｏ ＨＲＩ １４．５ｏ １４．９Ｏ １５．２Ｏ ＨＲＩ， ３．６０％ ３．７０ ３．９０ ＨＲＩ。 １．５０ １．８０ ２．２Ｏ ＨＲＩ１１ ２．１Ｏ％ ｌ＿９Ｏ％ ２．７Ｏ％ ＨＲＩ１３ １．１０ １．１０ １．２Ｏ 某车间，共使用６台５．５ｋＷ和７台１３ｋＷ的变 频风机，在低压母线侧进行谐波电流的测量。结果 如表２所示。 表２电流畸变率值 某车间 变频风机回路 Ａ相 Ｂ相 Ｃ相 ＴＨＤ ３１．１０ ３Ｏ．８Ｏ ３ｌ＿４Ｏ ＨＲＬ ０．９０ ２．１Ｏ ２．５Ｏ ＨＲＩ ３Ｏ．７Ｏ ３Ｏ．４Ｏ ３ｌ＿ＯＯ％ 谐波抑制的措施有： ａ．有源滤波器 有源滤波器是根据电流互感器测量负载电流的 谐波含量，控制电流发生器生成一个精确的负荷谐 波电流，在下个周波回馈到电源，从而降低谐波电流 的幅值。并且由于在谐波频率时的电源阻抗降低， 使电压畸变也降低。 有源滤波器的安装位置有三种方式：①保护变 压器的所有负载设备，②保护某几台重要设备，③保 护某一区域内所有设备。 采用何种方式应根据具体情况而定，一般建议 采用第三种方式为好。 ｂ．无源滤波器 无源滤波器只是适用于设计的谐波频率。通常 并联在低压母线上。 ｃ．隔离变压器 隔离变压器是一个常用的措施。它可以隔离来 自电源的３Ｎ次谐波。 ｄ．串联电抗器 其主要作用是抑制谐波和涌流。 我们专门针对５次谐波选择了单调谐波滤波 器，５次谐波系数取０．８；高压侧选择４．５ 的串联 电抗器。经使用，系统电压总畸变率ＴＨＤｕ＜２． ８ ；５次谐波电流＜２１Ａ；系统功率因数不小于０． ９４；有效地抑制了谐波的危害。 参考文献： ［１］ 王兆安．谐波抑制和无功功率补偿．北京：中国电力出 版社，２００４，２０ ［２］严居斌，刘晓川．基于ＤＳＰ的小波算法的实现．四川大 学学报，２００２，（２）：９２—９５ ［３］ 吕润馀．电能质量技术丛书第三分册一电力系统高次 谐波．北京：中国电力出版社，２０００，３５—３６ ［４］钱照明等．电磁兼容设计基础及干扰抑制技术．杭州： ，浙江大学出版社，２０００，４—５：２Ｏ５—２１１
