GB/T 14549-1993公用電網諧波

公用電網諧波的定義

公用電網諧波是指公用電網中某些設備的非線性特性或負荷的非線性快速時變，即所加的電壓與電流不成線性關系而造成的波形畸變。非線性負荷產生的諧波電流注入電網，使公用電網的電壓波形產生畸變，嚴重地污染了電網的環境，威脅著電網中各種電氣設備的安全經濟運行。GB/T 14549標準規定了公用電網間諧波電壓的允許限值及測量取值方法，適用于交流額定頻率為50Hz，標稱電壓220kV及以下的公用電網。

基波（分量）fundamental(component)

對周期性交流量進行博立葉級數分解，得到的頻率與工頻相同的分量。

諧波（分量）harmonic(component)

對周期性交流量進行博立葉級數分解，得到的頻率為基波頻率大于1整數倍的分量。

諧波次數harmonic order

諧波頻率與基波頻率的整數比。

間諧波分量interharmonic component

對周期性交流量進行博立葉級數分解，得到頻率不等于基波頻率整數倍的分量。

間諧波次數interharmonic order

間諧波頻率與基波頻率的整數比。

間諧波含有率interharmonic ratio；IHR

周期性交流量中含有的第ih次間諧波分量的方均根值與基波分量的方均根值之比（用百分數表示）。

公用電網諧波產生的原因

諧波產生的根本原因是由于電網中某些設備和負荷的非線性特性，即所加的電壓與產生的電流不成線性（正比）關系而造成的波形畸變。在工業和生活用電負載中，阻感負載占有很大的比例。異步電動機、變壓器、熒光燈等都是典型的阻感負載。異步電動機和變壓器所消耗的無功功率在電力系統所提供的無功功率中占有很高的比例。

電力系統中的電抗器和架空線等也消耗一些無功功率。阻感負載必須吸收無功功率才能正常工作，這是由其本身的性質所決定的。

電力電子裝置等非線性裝置也要消耗無功功率，特別是各種相控裝置。 如相控整流器、相控交流功率調整電路和周波變流器，在工作時基波電流滯后于電網電壓，要消耗大量的無功功率。另外，這些裝置也會產生大量的諧波電流，諧波源都是要消耗無功功率的。

二極管整流電路的基波電流相位和電網電壓相位大致相同，所以基本不消耗基波無功功率。但是它也產生大量的諧波電流，因此也消耗一定的無功功率。

近30年來，電力電子裝置的應用日益廣泛，也使得電力電子裝置成為最大的諧波源。在各種電力電子裝置中，整流裝置所占的比例最大。

常用的整流電路幾乎都采用晶閘管相控整流電路或二極管整流電路，其中以三相橋式和單相橋式整流電路為最多。帶阻感負載的整流電路所產生的諧波污染和功率因數滯后已為人們所熟悉。

公用電網諧波的危害

1)對變壓器的影響
變壓器在基波頻率時的損耗最小，負荷電流含有諧波時，將在三個方面引起變壓器發熱的增加：
a、均方根值電流
如果變壓器容量正好與負荷容量相同，那么諧波電流將使得均方根值電流大于額定值。總均方根值電流的增加會引起導體損耗增加。
b、渦流損耗
渦流是由磁鏈引起的變壓器的感應電流。感應電流流經繞組、鐵芯以及變壓器磁場環繞的其它導體時，會產生附加發熱。這部分損耗以引起渦流的諧波電流的頻率的平方增加。因此，該損耗是變壓器諧波發熱損耗的重要組成部分。
c、鐵芯損耗
考慮諧波時，鐵損的增加取決于諧波對外加電壓的影響以及變壓器鐵芯的設計。電壓畸變的增加將使得鐵芯疊片中渦流電流增加，總的影響取決于鐵芯疊片的厚度以及鋼芯的質量。由諧波引起的這部分損耗的增加，與前兩種情況下相比通常較小。
(2)對電機的影響
在電機末端的諧波電壓畸變，在電機里表現為諧波磁鏈。諧波磁鏈對電機轉矩沒有太大影響，但是它以與轉子同步頻率不同的頻率旋轉，在轉子中感應出高頻電流，其影響類似于基波負序電流的影響。諧波電壓畸變將引起電機的效率下降、發熱、振動和高頻噪聲。
(3)諧波對電能計量的影響
諧波的影響使少計的電量遠大于多計的電量，兩者的差額主要表現為供電線損率有所增大。
(4)諧波對電容器的影響
在具有并聯電容器補償的系統中，系統阻抗在某一頻率下可能與并補電容器發生諧振，從而引起諧波源注入系統和電容器組諧波電流的放大，對系統和電容器組產生嚴重影響。
(5)諧波對通訊的干擾
除了對通訊系統產生電磁干擾，使電信質量下降，還可能使某些重要的和敏感的自動控制、保護裝置不正確動作，或者危害到功率處理器自身的正常運行。

公用電網諧波的治理

1.針對諧波源進行治理。

按“誰污染，誰治理”的原則，進行諧波源就地治理。

即對于產生大量諧波的用戶，在用戶變的低壓側加裝濾波補償裝置。無源電力濾波裝置利用電容、電感諧振的原理”吸收”阻止相應次諧波，從而保證電壓畸變率處在較低水平。一般根據需要吸收的諧波次數，設置合適的LC濾波回路，分別設置濾波器。

2.改變部分運行、接線方式，減小諧波的產生、疊加、放大、產生危害的機會。

增加電網的短路容量、提高電氣設備的短路比，來降低諧波對同一電網上其他設備的影響。加強運行時的實時控制，避免輕負荷、高電壓的運行狀態，以減少諧波電壓過高對系統電器設備的影響；有意識的將配變中間相改接A或者C相，減少變壓器群產生的諧波。在可能的情況下，接成Δ，YN形，將諧波在高壓側消化。

3.在設計中注意避開諧波產生諧振的機會，減小帶來的影響。

根據《民用建筑電氣設計規范》JGJ／T16－923.3.10“為控制各類非線性用電設備所產生的諧波引起的電網電壓正弦波形畸變在合理范圍內，宜采限下列措施：各類大功率非線性用電設備變壓器的受電電壓有多種可供選擇時，如選用較低電壓不能符合要求，宜選用較高電壓。”也就是中頻爐等大功率非線性用電設備在選型時，盡量選擇較高電壓。在無功補償設計中除了應注意避免并聯電容器與系統感抗的諧振，除了驗算基波外，還需要驗算3、5、7次等主要諧波，避開這些參數，防止在該次諧波發生諧振。“諧波污染”已經成為電網內三大公害之一，只有各方面都重視起來，進行治理，才能還電網一個干凈的環境。

公用電網諧波的測試

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