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安科瑞电气股份有限公司

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浅析谐波危害与三相电压平衡治理

摘要：谐波的出现，对于电力系统运行是一种“污染”，它们降低了系统电压、电流正弦波形的质量，不但严重地影响电力系统自身运行，而且还危及用户和周围的通信系统。本文通过分析谐波的危害，并提出采用有源电力滤波器进行谐波治理的方案。

关键词：污染；谐波危害；有源电力滤波器；治理

0引言

近半个世纪以来，随着电力电子设备的推广应用，非线性负荷的迅速增加，特别是高压直流输电的运用，使得谐波污染问题日趋严重，并因此受到人们普遍的关注和重视。减小谐波影响的技术措施可以从两方面入手：一是从谐波源出发，减少谐波的产生；二是安装滤波装置。常见的滤波器包括无源滤波器和有源滤波器。然而，无源滤波器的滤波效果依赖于系统阻抗特性，并容易受温度漂移、网络上谐波污染程度、滤波电容老化及非线性负荷的影响，且仅能对特定的谐波进行有效地衰减，而出于经济和占地面积方面的考虑，滤波器个数均是有限的，所以对谐波含量丰富的场合，无源滤波器的滤波效果往往不够理想。有源电力滤波器采用开关变换器消除谐波电流，克服了无源滤波器的缺点。有源电力滤波器有着无源滤波器无可比拟的技术优势，因此越来越受到人们的关注。

1谐波的产生与危害

由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，尤其是非线性电力设备如有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。由于正弦电压加压于非线性负载，使得基波电流发生畸变产生谐波。主要谐波产生源见表1-1。

表1-1谐波产生源

名称

所属行业

变频装置

商业、市政、民用、公用事业、工矿企业等

UPS、开关电源、逆变电源

公用事业、商业、电子、通讯等

地铁、轻轨、充电站（桩）

交通

单（多）晶硅生产设备、中频炉

制造业

电弧炉、交流弧焊机、感应加热装置

机械、能源、化工

谐波使公用电网中的元件产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热，甚至引起火灾。谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏。谐波会导致继电保护，特别是微机综合保护器与自动装置误动作，造成不必要的供电中断和生产损失；谐波还会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给用电管理部门或电力用户带来经济损失。临近的谐波源或较高次谐波会对通信及信息处理设备产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量，计算机无法正常工作；重则导致信息丢失，使工控系统崩溃。

据美国官方统计：近20年来，全球范围内因电能质量引起的重大电力事故已达20多起，每年因电能质量扰动和电气环境污染引起的经济损失高达300亿接入电压

3×380V±10%

接入频率

50Hz±2%

全响应时间

＜40ms

开关频率

10kHz

功能设置

只补偿谐波、只补偿无功、既补偿谐波又补偿无功

谐波补偿次数

2-21次

保护类型

直流过压、IGBT过流、装置过温

冷却方式

强制风冷

噪音

＜65dB

工作环境温度

-10℃～+45℃

工作环境湿度

＜85%RH不凝结

安装场合

室内安装

海拔高度

≤1000m（更高海拔需降容使用）

进出线方式

下进下出（根据客户要求）

防护等级

IP20

智能通信接口

外加模块

安装方式

立柜式

抽屉式

补偿电流大小

50A、100A

150A、200A、250A、300A

50A

外形尺寸(mm)

(W×D×H)

600×600×1800

800×800×2200

540×570×240

重量(kg)

350

500

50

表2-2ANAPF有源滤波器报价及主要元件清单

型号：ANAPF50-380/B

参考价格：16万元/台

主要产品清单

序号

名称

数量

1

APF威图柜

1

2

APFCOV-50-G变流器

1

3

APFCOV-50-G控制器

1

4

APFRE-50电抗器

1

电流互感器

3

6

滤波器

2

7

风机

2

8

接触器

2

9

塑壳断路器

1

10

变压器

1

11

显示屏

1

注：以上技术参数或器件名称、数量如有更改，恕不另行通知。

3有源滤波方案及案例

使用有源电力滤波器进行谐波治理，主要有集中、局部和就地补偿三种方案。集中补偿适用于单台设备谐波含量小，但设备数量多、布局分散的场合，比如办公大楼(主要设备是个人电脑、节能灯、变频空调、电梯等)，虽然单台设备的电流小，谐波含量低，但整栋大楼的电流大，谐波电流也大。局部补偿适用于谐波源集中在某一条或几条馈出支路的配电系统，比如医院的精密仪器、UPS电源等，虽然单台设备的电流小，谐波含量低，但为防止其他设备产生的谐波对其干扰，采用局部谐波补