低压配电的谐波分析与抑制

摘 要：随着越来越多的人防工程被开发利用，在低压配电系统中出现了许多非线性负载，如：变频空调机、恒流稳压给水装置等，这些非线性负载会引起系统内电流、电压波形发生畸变，产生大量的高次谐波，配电网谐波的危害日渐明显，谐波治理已不容忽视。因此，分析引发谐波畸变的各类扰动源，并针对谐波畸变的危害提出相应的防范措施，对低压配电系统的安全运行具有重要意义。

关键词：低压配电；谐波分析；谐波抑制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.170

1 低压配电的谐波问题现状

低压配电系统谐波污染主要危害：（1）由于谐波电压在许多情况下能使正弦波变得更尖，不仅导致变压器、电容器等电气 设备的磁滞及涡流损耗增加， 而且使绝缘材料承受的电压力增大； 再者，谐波电流能使变压器的铜耗增加，所以变压器在严重的谐波负荷下将产生局部过热、噪声增大现象，从而加速绝缘老化，缩短变压器等电气设备的使用寿命，降低供电可靠性；（2）导致电力电缆发热，在三相对称回路中，三次谐波在三相导线中相位相同，在中性线上叠加后产生了3倍于相线的谐波电流和谐波电压，导致了中性线温度升高。大量的OA设备及电子式荧光灯使三次谐波在系统中的占有率增大，因此，谐波引起中性线发热的问题值得关注。当高频电流通过导线时，线路集肤效应加重，线路外表面电流密度加大，就会导致线路（相线及中性线）发热。（3）当配电线路与通讯线路平行或相距较近时，由于两者之间存在静电感应和电磁感应，容易形成电场耦合和磁场耦合，三次谐波分量效应更显强烈，并在通讯系统内产生声频干扰。

2 低压配电的谐波问题分析

谐波是一种电源能量变化现象，可能导致设备故障。谐波是周期波的正弦分量，其频率是基频的倍数。谐波可能导致计算机设备锁定或导致数据变为乱码，并导致变压器，电机和中性线过热。线性负载在整个波形中均匀地吸收电流。诸如开关电源的非线性负载仅在波的峰值处汲取电流。电流谐波不会传播通过系统，电压谐波将通过系统传播，因为它们可以通过变压器。随着非线性电流增加，它们可能导致电压中的谐波。在智能电网中，第5和第7谐波是畸变问题的最主要原因。这些谐波将容易导致标准配电变压器过热，燃烧中性导体，并在最坏的可能时间自然失效。在生产过程中替换变压器的加扰，无论该生产是数据处理还是装配线，是非常昂贵的。损伤谐波是基波60Hz的奇数阶频率，电子非线性负载是产生谐波的原因，非线性负载范围从小型插入式电源到工厂中的大型自动化设备。

低压配电中常见的谐波为三次谐波。在电力系统中，谐波是基波的倍数。因此，三次谐波频率是基波的三倍。这种谐波在非线性负载中产生，非线性负载的例子包括晶体管、电动机和非理想变压器。非线性负载产生基波干扰和各种谐波。由于功率系统的电流电压有一定的特性，我们专注于三次谐波。三次谐波电源由三相系统提供，每相相位相差120度。这是由于两个原因：首先是因为由于相电源的转矩恒定，使用三相的发电机或者电动机更有效率，其次是因为在向负载供电之后，理论上可以添加三相放到中性线上并相互抵消。这样可以节省电力回收线路到发电厂。然而，如果3相包含3阶谐波，则电流将不会完全加到零，三次谐波将在其他阶段内与三次谐波相加。这导致中性线中的振荡电流，这可能是危险的，因为它被设计以承载最小的电流。为了避免三次谐波加在一起使用三角形连接，电流在三角形中循环，而不是组合到星形连接的中线。

3 谐波抑制策略

采用静态无功补偿器（SVC）和有功功率滤波器（APF）的组合系统。该系统具有功率因数校正、电压稳定和谐波抑制功能。由三角形连接晶闸管控制电抗器（TCR）和Y型无源滤波器（PPF）组成的SVC主要用于电压稳定和功率因数校正。APF用于对SVC中的非线性负载和TCR产生的谐波进行滤波，并抑制电网与PPF之间的共振。根据这样的组合系统的配置和原理，根据实际情况进行组合系统的控制方法分析。将静态或动态无功补偿应用于从二极管或晶闸管转换器解决供应直流电源的工业电力系统的问题。功率电容和系统电抗之间的共振可以產生由转换器产生的谐波电流引起的高次谐波电压。通过使用合适的滤波器，可以使这些谐波电压和调节系统之间的相互作用最小化。这些滤波器的设计应消除电力系统与负载之间的相互作用，并减少谐波电流。

在用于从AC电源向以单相方式连接的可调速驱动器供电的配电系统中，用于基本上消除系统的电源线中的谐波电流。该器件包括一个完全被动的并联谐振电路，它具有并联连接的三个无源电分支，并且在AC源的基频的三次谐波频率处具有几乎无限的阻抗，以防止形成三次谐波频率，从而把三次谐波电流作为热量去除或消散。三个无源电分支包括由电容器组成的第一分支，由反应器组成的第二分支和由电阻器组成的第三分支，并联谐振电路与至少一个电源线电连接。通过使用串联连接的电感和电容器组的电压源功率转换器作为新型有源电力滤波器。电源转换器被控制以产生经由串联的电感器和电容器组被转换成补偿电流的补偿电压。补偿电流流入供电器以抑制非线性负载产生的谐波电流。将新组合系统与经典SVC进行比较发现，在实验室的200 kVA原型中可以实现。仿真实验结果表明，组合配置可有效稳定系统电压，校正功率因数，抑制谐波电流。

4 总结与展望

在低压配电系统中，做好谐波分析与处理，对不正常的谐波进行及时处理，采用静态无功补偿器（SVC）和有功功率滤波器（APF）的组合系统可以对其进行抑制与平波处理，效果显著，可以进行推广使用。

参考文献：

[1]曹刚.浅谈智能型低压配电系统的设计[J].电子制作，2015（08）.

[2]赵祥，袁刚，程东方.智能化低压配电系统的发展与应用[J].科技创业家，2014（08）.

作者简介：张志勇（1978-），男，山东高唐人， 大专，助理工程师，车间主任，研究方向：10KV配电运行及低压配电维护。