| 摘要：文中论述电能质量分析及其评价准则，电力谐波问题及其治理技术。 |
谐波测量是谐波问题中的一个重要分支，也是研究分析谐波问题的出发点和主要依据。利用谐波测量装置来监视和测量电网的谐波干扰状况，已是保证电网安全运行必不可少的措施。为此，世界各国都生产、研制和改进了一系列的谐波测量设备，如失真度计、谐波电压表和谐波电流表、谐波功率流向计、波形分析仪、频谱分析仪以及磁带记录仪等，近年来由于数字技术的发展，基于软件算法和微处理器的谐波分析仪开始采用。
由于谐波具有固有的非线性、随机性、分布性、非平稳性和影响因素的复杂性等特征，难以对谐波进行准确测量，为此许多学者对谐波分析问题进行了广泛研究。谐波分析算法中使用最为广泛的是快速傅立叶变换(FFT)方法及其改进算法，基于自适应理论、基于小波(Wavelet)变换和基于神经网络的方法近年来也受到了较大关注，但是在有源滤波器中应用最为普遍的是基于瞬时无功功率理论的谐波测量方法，而且该理论也可以分离出各次谐波用于谐波分析。
近几年来，国内外有关谐波问题的研究论文和成果大量涌现，该领域的研究呈现出欣欣向荣的景象，足见人们对谐波问题的重视程度和渴望治理谐波的迫切要求。
1.2 谐波治理的意义
电能是现代社会生产和人民生活中主要的和必不可少的重要能源。一般情况下，电网中引起谐波的主要因素包括负载侧的各种变流装置、具有磁饱和特性的装置以及非线性不平衡电路等，电源侧发电机的线槽间隙谐波、输电线路电晕放电、系统的不对称运行或不对称故障等。在电力电子装置广泛应用以前，由于电力系统谐波未对生产和生活产生严重的影响和危害，因此只能把供电频率和电压幅值的稳定程度及其与额定值间的差异作为衡量电能质量的标准。
随着电力电子技术的发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，特别是以开关方式工作的静止变流器，从低压小容量家用电器到高压大容量的工业交、直流变换装置都有着广泛的应用，它是一种非线性时变拓扑负荷。不可避免地会产生非正弦波形，向电网注入谐波，已成为电网中的“公害”。供电系统中还有电弧炉、电焊机、变压器、旋转电机等其它非线性负载，都会在电网中产生不同频率和幅值的谐波，甚至像电视机、荧光灯、电池充电器等装置也会产生谐波，虽然单个装置的容量不大，但由于数量很多，它们给供电系统注入的谐波分量也不容忽视。谐波不仅会消耗系统的无功功率储备，其危害还主要表现在以下几个方面:
(1)电力电容器引起的谐波放大。由于电容器的容抗与频率成反比，因此在谐波电压作用下的容抗要比在基波电压作用下的容抗小得多，从而使谐波电流的波形畸变更比谐波电压的波形畸变大得多，即便电压中谐波所占的比例不大，也会产生明显的谐波电流。特别是在发生谐振的情况下，很小的谐波电压就可引起很大的谐波电流，导致电容器因过流而损坏。
(2)增加旋转电机的损耗。谐波电压或电流会在电机的定子绕组、转子回路以及定子和转子铁心中引起附加损耗。由于涡流和集肤效应的关系，定子和转子导体内的这些附加损耗要比直流电阻引起的损耗大。另外，谐波电流还会增大电机的噪音和产生脉动转矩。
(3)增加输电线的损耗，缩短输电线寿命。谐波电流一方面在输电线路上产生谐波压降，另一方面增加了输电线路上的电流有效值，从而引起附加输电损耗。在电缆输电的情况下，谐波电压以正比于其峰值电压的形式增强了介质的电场强度，这影响了电缆的使用寿命，据有关资料介绍，谐波的影响将使电缆的使用寿命平均下降约60%。
(4)增加变压器的损耗。变压器在高次谐波电压的作用下，将产生集肤效应和邻近效应，在绕组中引起附加铜耗，同时也使铁耗相应增加。另外，3的倍数次零序电流会在三角形接法的绕组内产生环流，这一额外的环流可能会便绕组电流超过额定值。对于带不对称负载的变压器来说，如果负载电流中含有直流分量，会引起变压器的磁路饱和，从而会大大增加交流激磁电流的谐波分量。
(5)造成继电保护、自动装置工作紊乱。谐波能够改变保护继电器的动作特性，这与继电器的设计特点和原理有关。当有谐波畸变时，依靠采样数据或过零工作的数字继电器容易产生误差。谐波对过电流、欠电压、距离、周波等继电器均会有拒动和误动的影响，使保护装置失灵和动作不稳定。零序三次谐波电流过大，可以引起接地保护误动作。
(6)引起电力测量的误差。测量仪表是在纯正弦波情况下进行校验的，如果供电的波形发生畸变，仪表则容易产生误差。比如，感应式电能表对设计参数以外的频率的响应不灵敏，频率越高，误差越大，而且为负误差，当频率约为1000Hz时，电度表将会停止转动。
(7)干扰通讯系统。供电系统中的静止变流器在换相期间电流波形发生急剧变化，该换相电流会在正常供电电压中注入一个脉冲电压，该脉冲电压所包含的谐波频率较高，甚至达到1MHz，因而会引起电磁干扰，对通信线路、通信设备会产生很大的影响。比如电力载波通信、远动装置信号以及与架空线平行的通讯线路，谐波的影响都很大。
(8)延缓电弧熄灭。在超高压长距离输电线路上，较大的谐波电流会使电弧熄灭延缓，导致单相重合闸失败，扩大事故。在消弧线圈接地系统中较大的谐波分量同样会延迟或阻碍消弧线圈的灭弧作用。谐波分量还会使电流过零时的di/dt值过大，导致断路器断弧困难，影响断流能力。
(9)对其它设备的影响。谐波还会对下列设备产生影响:
——导致功率开关器件控制装置误动作；
——导致功率开关器件故障而损坏；
——使日光灯的镇流器及补偿用电容器过热和损坏；
——对计算机产生干扰；
——影响互感器的测量精度；
——使熔断器在没有超过整定值时就熔断；
——影响功率处理器的正常运行；
——影响电视机的画面质量；
——影响电子显微镜的清晰度；
——影响其它换流设备或其它任何由电压过零所控制的设备的同步。
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