谐波的危害与治理
一、谐波的危害性：
1、谐波使公用电网系统下设备元件产生了附加谐波损耗，降低了发电，输电及用电设备的效率，大量的3次以上的谐波流过中性线路时，会使线路过热损坏甚至发生火灾。
2、谐波影响各种电气设备的正常工作，谐波对电机的影响除了引起附加损耗外，还会引起机械振动、噪声增加和过电压；使变压器局部，电容器、电缆等设备发热。加速设备绝缘老化、减少使用寿命以至设备损坏报废。
3、谐波的发生还会引起公用电网中局部的并联谐振或串联谐振，从而进一步引起谐波放大，使上述的危害大大增加。甚至还会引起严重电力事故。
4、谐波还会影响电气线路中的保护元件，继电器、自动系统装置的误操作，电气测量仪表不准确等等。
5、谐波在注入电网系统后会对邻近的通信信号产生干扰，影响一定范围的通话质量。触发电话铃响，甚至在极端情况下，威胁通信设备和人员的安全。
综上所述,无功功率增大和谐波放大对供电部门和用户都造成极大的危害和损失，国家对谐波的制定相应的控制标准，只要在国家允许的谐波含有量下供电部门才能对其正常供电。谐波含量超过国家标准所允许值的用电户，供电部门对其采取经济罚款和停止供电等措施。
二、谐波治理的方法：
目前国内对谐波污染的治理常用的谐波治理的方法无外乎有二种，无源滤波和有源滤波。下面就谈谈这二种方法的优缺点以及市场前景及其经济效益的分析。
1. 无源谐波滤除装置
无源滤波的主要结构是用电抗器与电容器串联起来，组成LC 串联回路，并联于系统中，LC回路的谐振频率设定在需要滤除的谐波频率上，例如5次、7次、11次谐振点上，达到滤除这3次谐波的目的。其成本低，但滤波效果不太好，如果谐振频率设定得不好，会与系统产生谐振,造成谐振过电压，引起电气设备烧坏及爆炸。
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现在，市场上流通较多的采取的滤波方法就是这一种，主要是因为低成本，用户容易接受。虽滤波的效果较差，只要满足国家对谐波的限制标准和电力部门对无功的要求就行了。由于其低成本，市场的需求也就大，一般而言，低压0.4KV系统大多数采用无源滤波方式，高压10KV几乎都是采用这种方式对谐波进行治理。由于我国的中小企业大多数是私有的，业主对谐波的危害认识不足，一般不愿意拿出大量的经费来治理谐波，而有的企业由于谐波的含量太大，常规的无功补偿不能凑效，供电部门对无功的要求又是十分严格的，达不到就要罚款。
2. 有源谐波滤除装置
有源谐波滤除装置是在无源滤波的基础上发展起来的，它的滤波效果好，在其额定的无功功率范围内，滤波效果达到百分之百。它主要是由电力电子元件组成电路，使之产生一个和系统的谐波同频率、同幅度，但相位相反的谐波电流与系统中的谐波电流抵消。但由于受到电力电子元件耐压，额定电流的发展限制，成本较高，其制作也较之无源滤波装置复杂得多。其主要的应用范围是计算机控制系统的供电系统，尤其是写字楼的供电系统，工厂的计算机控制供电系统及谐波源较多较复杂的重要供、用电场所。
(1) 有源滤波器的基本原理
有源滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的电力电子装置，它能对大小和频率都变化的谐波，以及变化的无功进行补偿。其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿的缺点。
有源电力滤波器系统主要由两大部分组成，即指令电流检测电路和补偿电流发生电路。
指令电流检测电
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路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流，然后将其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根据主电路产生的补偿电流，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路。这样电源电流中只含有基波的有功分量，从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原理，电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。
有源电力滤波器的主电路一般由PWM逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不同，可分为电压型有源滤波器(储能元件为电容)图2和电流型有源滤波器(储能元件为电感)图3。电压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制，使直流侧电压维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电压波。而电流型有源滤波器在工作时需对直流侧电感电流进行控制，使直流侧电流维持不变，因而逆变器交流侧输出为PWM电流波。电压型有源滤波器的优点是损耗较少，效率高，是目前国内外绝大多数有源滤波器采用的主电路结构。电流型有源滤波器由于电流侧电感上始终有电流流过，该电流在电感内阻上将产生较大损耗，所以目前较少采用。
(2) 有源电力滤波器的分类: 按电路拓朴结构分类，电力有源滤波器可分为并联型图4、串联型图5、串－并联型和混合型图6。
图4所示为并联型有源滤波器的基本结构。它主要适用于电流源型非线性负载的谐
波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等。目前并联型有源滤波器
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在技术上已较成熟，它也是当前应用最为广泛的一种有源滤波器拓补结构。图5所示为串联型有源滤波器的基本结构。它通过一个匹配变压器将有源滤波器串联于电源和负载之间，以消除电压谐波，平衡或调整负载的端电压。与并联型有源滤波器相比，串联型有源滤波器损耗较大，且各种保护电路也较复杂，因此，很
少研究单独使用的串联型有源滤波器，而大多数将它作为混合型有源滤波器的一部分予以研究。
图6所示为混合型有源滤波器的基本结构。它是在串联型有源滤波器的基础上使用一些大容量的无源L-C滤波网络来承担消除低次谐波，进行无功补偿的任务。而串联型有源滤波器只承担消除高次谐振及阻尼无源LC网络与线路阻抗产生的谐
波谐振的任务。从而使串联型有源滤波器的电流、电压额定值大大减少(功率容量可减少到负载容量的5%以下)，降低了有源滤波器的成本和体积。从经济角度而言，这种结构形式在目前是一种值得推荐的方案。但随着电力电子器件性能的不断提高，成本不断下降，混合型有源滤波器可能被下面一种性能价格比更高的有源滤波器代替。
图7所示为串－并联型有源滤波器的基本结构。它组合了串联有源滤波器和并联有源滤波器的优点，能解决电气系统发生的大多数电能质量问题，所以又称之为万能有源滤波器或统一电能质量
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调节器(UPQC)，该类有源滤波器的主要问题是控制复杂、造价较高.
三、抑制电网污染，提高电源质量，改善生存环境：
对于谐波问题，有专家们预先提出预测“谐波未来将是电力供电系统的最大污染”增强人们的环保意识，防患于未然，国家已经制定治理谐波的各种法律、法规，明确管理机构，实施严格的监控，推广与引进“环保电气产品”，将谐波抑制在源头，尤其我国现已加入wto，更应充分利用技术壁垒这一合理的手段，来维护自身利益，以减少公用电网污染，保证公用电网的纯净度，提高电源质量，改善生存环境，为保证供、配电设备的安全、可靠运行，为实现社会与国民经济的可持续稳定地发展，为国防建设的日益强大提供可靠的优质电源保证。
无锡双力科技
2009年11月
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