1.諧波
對(duì)周期性非正弦電量進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量被稱為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值（N＝FN／F1）稱為諧波次數(shù)。諧波實(shí)際上是一種干擾量，使電網(wǎng)受到“污染”。其頻率范圍一般為2≤N≤40。
2.諧波源
向公用電網(wǎng)注入諧波電流或在公用電網(wǎng)上產(chǎn)生諧波電壓的電氣設(shè)備稱為諧波源。具有非線性特性的電氣設(shè)備是主要的諧波源，針對(duì)天津港這一特定供電環(huán)境而言，經(jīng)上海坤友電氣測(cè)試，主要的諧波源是采用交－直－交及變頻調(diào)速的碼頭機(jī)械，這些設(shè)備取用的電流是非正弦形的，其諧波分量使系統(tǒng)正弦電壓產(chǎn)生畸變。諧波電流的量取決于諧波源設(shè)備本身的特性及其工作狀況，而與電網(wǎng)參數(shù)無(wú)關(guān)，故可視為恒流源。各種晶閘管電路產(chǎn)生的諧波次數(shù)與其電路形式有關(guān)，稱為該電路的特征諧波。除特征諧波外，在三相電壓不平衡，觸發(fā)脈沖不對(duì)稱或非穩(wěn)定工作狀態(tài)下，上述電路還會(huì)產(chǎn)生非特征諧波。進(jìn)行諧波分析和計(jì)算*有意義的是特征諧波，如5，7，11，13次等。
當(dāng)電網(wǎng)接有多個(gè)諧波源時(shí)，由于各諧波源的同次諧波電流分量的相位不同，其和將小于各分量的算術(shù)和。變壓器激磁電流中含有3，5，7等各次諧波分量。由于變壓器的原副邊繞組中總有一組為角形接法，為3次諧波提供了通路，故3次諧波電流不流入電網(wǎng)。但當(dāng)各相激磁電流不平衡時(shí)，可使3次諧波的殘余分量（*多可達(dá)20％）進(jìn)入電網(wǎng)。
3.諧波傳輸
對(duì)于多電壓等級(jí)的電網(wǎng)，其諧波的特點(diǎn)是諧波電流由低壓側(cè)流向高壓側(cè)，其大小基本上與高壓側(cè)參數(shù)無(wú)關(guān)，可視為恒流源。諧波電壓由高壓側(cè)傳輸?shù)降蛪簜?cè)，可視為恒壓源。在進(jìn)行諧波分析時(shí)，就是根據(jù)這個(gè)原則構(gòu)造電網(wǎng)的諧波等效電路。
3.1電網(wǎng)元件的頻率特性
在諧波頻率范圍內(nèi)，由于渦流和漏磁場(chǎng)作用，電網(wǎng)元件的諧波參數(shù)要考慮長(zhǎng)線效應(yīng)，即變壓器和導(dǎo)線的等效電阻R隨頻率的上升而增加，等效電感L隨頻率的上升而降低。電纜、導(dǎo)線和電容器的電容C基本不隨頻率變化而保持恒定。負(fù)載阻抗與頻率的關(guān)系依負(fù)載的不同而異。
3.2電網(wǎng)等效電路
電網(wǎng)可以由電網(wǎng)各元件的諧波參數(shù)RN、IN和CN組成等效網(wǎng)絡(luò)。三相對(duì)稱電網(wǎng)的等效電路圖通常采用單相表示。根據(jù)等效電路計(jì)算各頻率下的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣YN，求出阻抗ZN，計(jì)算諧波電壓UN＝ZNIN。
4.諧波限值
為使電網(wǎng)諧波電壓保持在允許值以下，必須限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流量。大多數(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相繼制定了電網(wǎng)諧波管理的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定。諧波管理標(biāo)準(zhǔn)的制定是基于電磁相容性的原則，即在一個(gè)共同的電磁環(huán)境中，電氣設(shè)備既能正常工作，又不得過(guò)量地干擾這個(gè)環(huán)境。
我國(guó)已于1993年頒布了限制電力系統(tǒng)諧波的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《 電能質(zhì)量 ：公用電網(wǎng)諧波》（GB／T14549－93），規(guī)定了公用電網(wǎng)諧波電壓限值和用戶向公用電網(wǎng)注入諧波電流的允許值。
5.諧波危險(xiǎn)
諧波增加電氣設(shè)備的熱損耗，干擾其功能甚至引發(fā)故障。另外諧波可對(duì)信息系統(tǒng)產(chǎn)生頻率耦合干擾。
5.1電動(dòng)機(jī)
諧波電壓在電動(dòng)機(jī)短路阻抗上產(chǎn)生的諧波電流和電動(dòng)機(jī)負(fù)序基波電流I一起使設(shè)備產(chǎn)生附加熱損耗，并且在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)容易發(fā)展成干擾力矩。諧波電流和負(fù)序基波電流有效值之和一般不得大于電動(dòng)機(jī)額定電流IE的5％～10％。
5.2電容器
諧波可使電容器過(guò)流發(fā)熱。有關(guān)規(guī)程規(guī)定電容器長(zhǎng)期工作電流不得超過(guò)1.3倍額定電流（IC＝CUN）。位于諧波源附近的電容器或者濾波電容器通常按較高的電流有效值特殊制造。
5.3電子裝置
諧波電壓可使晶閘管觸發(fā)裝置發(fā)生觸發(fā)錯(cuò)誤，甚至導(dǎo)致設(shè)備故障。諧波也會(huì)對(duì)電網(wǎng)音頻控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)產(chǎn)生**影響。
5.4通訊系統(tǒng)
在2.5KHZ以下導(dǎo)線間電感電容耦合作用隨頻率呈近似線性上升，特別是較高次諧波會(huì)對(duì)通訊及信息處理設(shè)備產(chǎn)生干擾。
6.諧波抑制
將三相橋式電路的脈動(dòng)數(shù)從6提高到12，可消除5次、7次諧波。將多個(gè)諧波源接于同一段母線，利用諧波的相互補(bǔ)償作用也可降低電網(wǎng)諧波含量。
當(dāng)諧波量超出規(guī)程允許值或者電網(wǎng)在諧波范圍內(nèi)有諧振時(shí)，通常設(shè)置單調(diào)諧濾波器吸收特征諧波。對(duì)于13次及以上的諧波，可設(shè)置一個(gè)高通濾波器。濾波回路也會(huì)吸收電網(wǎng)原有諧波并可能導(dǎo)致過(guò)負(fù)荷。一般通過(guò)調(diào)整失諧率，降低品質(zhì)因數(shù)或者通過(guò)附加電子裝置控制電流值來(lái)避免過(guò)負(fù)荷。電容器可通過(guò)串聯(lián)電抗器形成諧波阻塞回路，以防止電容器諧波過(guò)負(fù)荷。一般將串聯(lián)諧振頻率定在250HZ以下。
7.電網(wǎng)中含有諧???情況下的 無(wú)功補(bǔ)償
7.1對(duì)原有變流器負(fù)荷的補(bǔ)償
當(dāng)電網(wǎng)接有諧波源負(fù)載（例如變流器等）時(shí)，不能將補(bǔ)償電容器直接接于電網(wǎng)，因?yàn)殡娙萜髋c電網(wǎng)阻抗形成并聯(lián)諧振回路，在對(duì)諧振頻率進(jìn)行估算時(shí)，可以根據(jù)電網(wǎng)短路功率SK”和電容器基波補(bǔ)償容量QC1計(jì)算VR＝F（QCL／SK”）。
在5次諧波頻率下電網(wǎng)具有諧振，并聯(lián)阻抗XP大大升高，由諧波源發(fā)出的5次諧波電流流入諧振回路后，會(huì)產(chǎn)生很高的諧波電壓，諧波電壓疊加在基波電壓上，導(dǎo)致電壓波形發(fā)生畸變。在電網(wǎng)和電容器之間流動(dòng)的平衡電流可達(dá)諧波源發(fā)出的電流的數(shù)倍，即諧波放大，此時(shí)變壓器和電容器承受大于正常情況的負(fù)荷，特別是電容器，長(zhǎng)期運(yùn)行于過(guò)負(fù)荷狀態(tài)，加速絕緣老化，甚至擊穿爆炸?？梢愿鶕?jù)電網(wǎng)阻抗和電容器容抗預(yù)先計(jì)算出并聯(lián)諧振頻率，調(diào)整電容器容量配置，使并聯(lián)諧振頻率與特征諧波頻率保持一定的距離，避免諧波放大。但是實(shí)際的電網(wǎng)阻抗不為常數(shù)，而時(shí)常處于不斷變化之中，很難完全避開(kāi)諧振，特別當(dāng)電容器分組調(diào)節(jié)運(yùn)行時(shí)，情況更為復(fù)雜。
當(dāng)需要對(duì)接有諧波源設(shè)備的電網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，必須采取技術(shù)措施，將并聯(lián)諧振點(diǎn)移到**位置，而實(shí)踐證明*可靠的方法就是在電容器回路中串聯(lián)電抗器。
7.2電容器回路串電抗
電容器串電抗后形成一個(gè)串聯(lián)諧振回路，在諧振頻率下呈現(xiàn)出很低的阻抗（理論上為0）。如果串聯(lián)諧振頻率與電**征諧波頻率一致，則成為純?yōu)V波回路。如果只吸收少量諧波，則稱為失諧濾波回路。
失諧波回路的主要用途是防止諧波放大，濾波效果不大，回路串聯(lián)諧振頻率通常低于電網(wǎng)的*低次特征諧波頻率，即設(shè)定為基波頻率的3.8～4.2倍。
工程計(jì)算公式為：
電抗器電抗XL＝電容器容抗XC的百分比（X％）或者：電抗器功率QL＝電容器基波容量QC的百分比（X％）
電抗器電抗或容量一般為電容器容抗或容量的6％～7％。在選擇X＝6％時(shí)，諧振次數(shù)為V＝4.08。
失諧濾波回路只吸收少量5次及以上的諧波，諧波源產(chǎn)生的諧波的大部分流入電網(wǎng)，電容器容量根據(jù)預(yù)計(jì)達(dá)到的功率因數(shù)值確定。
純?yōu)V波回路的主要用途是吸收諧波，同時(shí)補(bǔ)償基波無(wú)功功率。
在串聯(lián)諧振狀態(tài)下，濾波回路的合成阻抗XS接近于0，因此可對(duì)相關(guān)諧波形成“短路”。
在諧振頻率以下濾波回路呈容性，因此能夠輸出容性基波無(wú)功功率以補(bǔ)償感性無(wú)功功率。在諧振頻率以上濾波回路呈感性。
由于濾波回路在諧振點(diǎn)以下呈容性，所以在其特征頻率以下又與電網(wǎng)電感形成并聯(lián)諧振回路。如果在這個(gè)頻率范圍內(nèi)沒(méi)有特征諧波，則并聯(lián)諧振對(duì)電網(wǎng)不會(huì)產(chǎn)生危害。
設(shè)計(jì)濾波回路時(shí)，應(yīng)從*低次諧波開(kāi)始，例如對(duì)于6脈動(dòng)橋式變流器的諧波，應(yīng)從5次諧波開(kāi)始設(shè)置濾波回路。多個(gè)濾波回路的并聯(lián)諧振頻率。
當(dāng)電容器采用△形接線，則濾波回路的諧振頻率一般設(shè)定為特征諧波頻率的96％～98％，以便平衡電網(wǎng)的頻率波動(dòng)和環(huán)境溫度變化引起的電容量的改變，濾波回路除了輸出基波無(wú)功功率外，還要承受諧波負(fù)荷，多個(gè)不同諧振頻率的濾波器在兩個(gè)過(guò)0點(diǎn)間會(huì)出現(xiàn)一個(gè)并聯(lián)諧振點(diǎn)。
7.3濾波回路的無(wú)功功率調(diào)節(jié)
由于濾波回路的主要任務(wù)是吸收電網(wǎng)諧波，所以限制了對(duì)基波無(wú)功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)的靈活性，只能對(duì)各個(gè)回路進(jìn)行投切，投入的順序?yàn)閺牡痛蔚礁叽危谐捻樞驗(yàn)閺母叽蔚降痛?。?duì)于容量較大的補(bǔ)償濾波裝置，可以采取純?yōu)V波回路和失諧濾波回路結(jié)合的方法，即純?yōu)V波回路固定運(yùn)行，補(bǔ)償基本負(fù)荷，失諧濾波回路作為調(diào)節(jié)運(yùn)行。
對(duì)于低壓諧波裝置，也可以采取多個(gè)同次濾波回路并聯(lián)的方法，但需注意以下兩點(diǎn)：
A）失諧濾波回路可以并聯(lián)運(yùn)行，用于對(duì)濾波效果沒(méi)有嚴(yán)格要求的場(chǎng)所。
B）同次調(diào)諧濾波回路并聯(lián)運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。在諧振頻率下回路阻抗理論上為0，但實(shí)際上電流不可能在2個(gè)支路間平均分配，其主要原因：
——由于元件制作誤差、環(huán)境溫度變化、電容器老化和元件容絲的動(dòng)作等因素影響，導(dǎo)致各支路阻抗不為0，并且互有差異。
——電感和電容的調(diào)諧精度的限制。不可能將兩個(gè)支路的參數(shù)調(diào)得完全一樣。
如果兩個(gè)同次濾波回路中的一個(gè)在特征諧波頻率下呈感性，另一個(gè)呈容性，則會(huì)產(chǎn)生并聯(lián)諧振，使諧波放大。
如果經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較需要采用并聯(lián)方式，可以將兩個(gè)支路均調(diào)為在特征諧波頻率下呈感性，即ωR《V×ωL，各支路電阻接近，可以較好解決電流分配問(wèn)題，但是濾波效果要降低。
如果既要吸收諧波，又要保持調(diào)節(jié)的靈活性，可以采用并聯(lián)支路的方式，即若干個(gè)同次濾波回路同時(shí)接入電網(wǎng)，各支路的電容同時(shí)并聯(lián)，形成一個(gè)總的濾波回路，調(diào)節(jié)時(shí)可以投切其中的一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)支路。這種方式不會(huì)出現(xiàn)支路間的并聯(lián)諧振，同時(shí)提高了濾波效果。除了對(duì)電容器分組調(diào)節(jié)以外，對(duì)于負(fù)載波動(dòng)頻繁的場(chǎng)合，采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償及濾波裝置是*佳的解決方案。
7.4濾波回路的選擇
選擇濾波回路有以下兩個(gè)原則：
A）主要用于吸收諧波，降低電網(wǎng)電壓畸變，基波 無(wú)功補(bǔ)償 居次要位置。
B）提高電網(wǎng)功率因數(shù)，同時(shí)吸收諧波，電容器容量按 無(wú)功補(bǔ)償 的要求配置。
7.5濾波回路的效應(yīng)
在諧振頻率下濾波回路仍然具有電阻，因此會(huì)產(chǎn)生損耗。圖6原理圖中忽略了所有其他負(fù)載，包括電纜電容，但并不影響計(jì)算準(zhǔn)確度。
電容器容量越小，諧振曲線越陡，一旦失諧，會(huì)有大量諧波電流進(jìn)入電網(wǎng)。電容器容量越大，濾波效果也越好。
品質(zhì)因數(shù)改變時(shí)諧振曲線只在特征諧波附近變化，在濾波器調(diào)諧頻率與諧波頻率相等或相近的情況下，品質(zhì)因數(shù)越高，濾波效果越好?？紤]到電容器和電抗器制造技術(shù)和費(fèi)用等條件，品質(zhì)因數(shù)一般在30～80之間。
諧波分流特性只適用于諧波源和濾波器穩(wěn)定狀態(tài)，在諧波源（例如可逆軋機(jī)傳動(dòng)）動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中，諧波電流的每次改變均會(huì)引起濾波器震蕩，濾波器回路電阻越大（品質(zhì)因數(shù)越?。瑒t震蕩時(shí)間越短，但濾波效果要降低。對(duì)于頻繁變化的諧波源負(fù)載，在過(guò)渡過(guò)程期間，電網(wǎng)要承受較大的諧波電流。
7.6電網(wǎng)分析與計(jì)算
設(shè)計(jì)補(bǔ)償裝置和濾波回路時(shí)，除了計(jì)算選擇元器件參數(shù)外，對(duì)于特定的供電系統(tǒng)還需要進(jìn)行具體電網(wǎng)分析，模擬出設(shè)備投入后預(yù)期的效果。
公安機(jī)關(guān)備案號(hào)：
