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摘 要：谐波污染使电网电压正弦波形发生畸变,对通讯线路和控制信号造成电磁及射频干扰等,威胁电网和其他用户电气设备的安全经济运行,因此必须进行谐波治理.文章探讨了谐波治理工程关于电气设计方面的内容.关键词：谐波；供电容量；特殊变压器；整流器；无缘滤波器
中图分类号：TM714 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）16-0112-03
我国电力部门关于电网谐波含量有明确的规定,在《电能质量 公用电网谐波》（GB/T14549-1993）中,对以下方面提出了相关要求：同一公共连接点的每个用户向电网注入的谐波电流允许值按此用户在该点的协议容量与其公共连接点的供电设备之比进行分配.电磁兼容性标准最近受到相关人员重视,其主要意图是削弱谐波对电网的干扰,确保所有接到电网的设备能够安全运行.我国已启动《通信电源设备入网EMC标准》（YD/T983-1998）,对电磁兼容性进行了明确的要求,如谐波电流限值、测试方法及记录等,并引用了相关的国际标准.
1. 电网谐波抑制电气设计
1.1 提高供电容量
该方法比较传统,如为减小谐波对系统的影响程度,采取增大变压器或发电机容量的措施.采用增大电缆横截面积的方法对治谐波对电缆传输的影响程度.当然,此种方法投资很大,一般来说,每提高系统1kV·A供电能力,其耗资就要增加1100元左右,并且还要求供电单位确实有如此大的额外裕度；此外,该方法还具有其固有的缺陷,就是丝毫未谐波本身的大小,只是相对减小其对系统的影响程度,如果负载容量太大,谐波问题就凸显出来了.
提高供电容量在电气设计阶段就要考虑清楚,一般对于非线性负载数量很大的配电系统,增加供电设备容量还是很有必要的,尽量在一个较大的范围内降低谐波污染的程度.在实际设计过程中,需要结合系统中的非线性负载的具体数量、大小,确定合理的增容裕度,例如采用K系列变压器,降低非线性负载谐波影响,增加零线截面积,降低单相非线性负载产生的3次谐波的影响等.
谐波滤波器的作用:有源电力滤波器 APF进行谐波治理的视频
1.2 特殊变压器变换设计
特殊变压器变换设计如图1所示：
该方法对特定频率的谐波有较好的抑制效果,如对于抑制3次及3次倍数的谐波注入电网可考虑采用△/YNO设计方法；对整流器中5次、7次谐波污染的对治可考虑采用△/Y＋△/△移相式变压器设计；K-13特殊变压器适用于大容量三相整流型设备,能够抑制3～17次谐波注入电网.该方法具有设计简单的优点,对不同设备容易产生的谐波有很好的抑制作用.缺点是一次性投入较大,并且特殊变压器必须于电网与负载线路之间安装,就增加了负载的阻抗,相对使电网带载能力降低；另外负载发生较大增容时也受到了一定的限制,导致扩大了剩余次谐波所产生的电压失真度.设计时应充分考虑非线性负载的特性,根据其产生的特征谐波选择合适的变压器.
1.3 增加整流器脉冲数
增加整流器脉冲数设计如图2所示：
对于工业生产,整流器的应用十分普遍,但其较高的谐波含量也是不容忽视的.一般来说,越高的整流器脉冲数的低次谐波次数就越低,总谐波量也越多.如在某些冶金工业中,就常采用12脉冲整流器,甚至24脉冲整流器,以限制低次特征谐波的影响.又如,三相6脉冲整流器的谐波电流畸变率通常都超过30%,其扩大一倍后,谐波电流畸变率被控制在约10%的程度,但随着整流器脉冲数的提高,其投资也随之增大,同时还其复杂度也降低了设备的可靠性,甚至导致起了反作用.
该方法在大量采用大容量整流器的工业配电系统的运用较广,如果情况适合,低压整流器宜采用12脉冲设备,而中压整流器可采用更高脉冲数的整流器,如18脉冲或24脉冲,以控制总谐波畸变量.
1.4 使用无源滤波器
1.4.1 非调谐型滤波器
在一般的配电系统设计中,装设静止无功补偿装置,主要针对的是大型非线性负荷设备如电弧炉和某些轧钢机等,这类装置的优点是产品标准化,能在安全补偿的基础上抑制系统的谐波,同时避免传统纯电容补偿设备放大谐波的弊端,但这些非线性带有一定的随机性,可以随时被无功补偿装置吸收,不适用于对谐波污染控制要求严格的场合.非调谐型补偿滤波装置的电抗率一般为5%～7%或12%～14%.各并联电容器串同一个电抗率的电抗,电抗率偏离频率最低谐波10%以上进行选择,已达到补偿和滤波的效果.
1.4.2 调谐型滤波器
调谐型滤波器如图3所示：
当前调谐型滤波器最常用的可能要数L C型的了,因为其在可以同时使谐波和无功功率均得到补偿.串联电抗的电抗率随着滤波次数的改变而不同,偏离调谐频率一般在10%以内,滤波作用为主,效果比较理想,补偿作用为辅,较适用,结构简单,成本小.但LC调谐型滤波器也存在难以克服的不足：电网阻抗以及其运行状态会明显影响到该滤波器的补偿特性,如同系统产生并联谐振的情况,增大谐波干扰,导致LC滤波器过载,严重时烧毁；对基波补无功,难免出现过补偿情况；滤波效率偏低,对谐波频率要求比较苛刻,要求其状态不变,每次谐波需要一组滤波器,容易过载；难以兼顾滤波及无功补偿两个方面；工程设计较为繁琐,产品标准化难以实现.
1.5 串联电抗器
串联电抗器如图4所示：
串联电抗器对平滑谐波电流具有一定的作用,并且电路简单,制造成本低,往往应用在整流器之前,例如：变频调速器、调光器等.但由于其阻抗较高,损耗较大,因此其抑制谐波的作用受到限制.通常只能使电流失真度（THDI）降低50%左右.对整流器设计选型时,应尽量选用串联电抗器,该方法是简单经济的控制谐波污染的技术手段.
1.6 有源电力滤波器
用有源电力滤波器向系统注入谐波电流.由自关断电力半导体器件构成的采用脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation,缩写为PWM）工作方式的谐波电流发生器（有源电力滤波器ActivePower Filter,缩写为APF）,可以产生相位、频率和幅值可调的谐波电流.将这些谐波电流注入系统,以抵消原有的谐波.图5和图6为有源电力滤波器工作原理图和波形图.与无源滤波器相比,有源电力滤波器具有高度可控性和快速响应性,能补偿各次谐波,滤波效率高等优点.但有源滤波器成本高,而且有源滤波器与无功补偿设备不能很好兼容的问题也存在,因此,在设计采用有源电力滤波器时应充分考虑成本问题和系统兼容问题.因此,有源电力滤波器适合于对谐波要求高的高端行业.
2. 结语
由本文可知,对于电网谐波污染问题,没有哪一种方法是万能的,因此,在谐波治理工程电气设计时,首先必须对配电系统特点进行深入的分析,特别要针对非线性负载的具体情况,采用相应的解决措施,力求将谐波危害控制在最小的水平.
总结：本文是一篇关于谐波滤波器论文范文，可作为相关选题参考,和写作参考文献。
谐波滤波器的作用引用文献:
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