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1、工厂供电系统谐波分析及治理要点摘 要:对供电系统的谐波进行综合分析并采取措施治理，能保证工厂 和企业的运行更加稳定高效。本文分析了工厂企业电网谐波的危害， 找出了主要的谐波源是各种电机拖动中的电力电子装置，可以通过设 置有源和无源的滤波器来对谐波进行治理，给出了一种模块化配置方 案，期望能给人们这方面可借鉴的参考。关键词:低压配电系统；谐波；有源电力滤波器随着现代化工厂生产的快速发展，电力负荷急剧增加，电网中的 各种变频调速装置、整流器等负荷容量不断增长。大量电力电子功率 器件及装置在电网的广泛应用，给工厂生产带来节能和能量转换的同 时，也给供电网络电能质量造成严重的污染。大量的谐波和无功电流
2、 注入供电系统，造成系统效率变低，功率因数变差，并对其他设备和装置产生扰动，严重威胁电网的电能质量和电力设备的安全运行。因 此电能质量测试是电网安全运行评价与研究的一项重要内容，而谐波 问题是最突出的问题。下面以某工业园区为例进行讨论分析。1 工厂企业电网中谐波的分析某工业园区内大型医疗设备生产企业的低压供电系统，在0.4kV 侧测试电网的电压和电流。主要利用Fluke435电能质量分析仪进行谐 波测试。(1) 电压测试测试情况见表1表1 电压统计报表相别最大值最小值平均值95%概率值A相5. 147 714.654.95B相5.922.435. 375. 73C相7. 112. 706.30
3、& 77电网电压波形及频谱分析见图1。图1 某企业电网电压波形及频谱分析可见电网电压已经超过国家标准规定，低压供电系统中0. 4kV系统中电网电压畸变率不超过5%的限值。需要进行电压谐波的治理究其产生的原因为电网中谐波电流流入电网带来的谐波电压。(2)电流测试测试情况如表2所示。表2 电流统计报谐波次数A相（95%概率值）li相（95%概率值）C相（95%概率值）22. 552. S32.543L 821.921.504L 601. 711.70545.2244.7445. 576(1690 650.61713.7713.4713. 7580.430.480.4690. 760 630.651
4、00.290. 36().32117 397. 767.69120. 340 350.26133 643” 813.64观察电流测试结果，可以看出该企业电网中存在5、7、11、13次谐波，电流波形及频谱分析详见图2所示。V.rIIV11rJ一帅LT mF H A B ECUiFHfflH .-I IPH “ riH OFF CUNAR 卄il.VZHz1 I ：3F!3IIW :bUI 口 1H UVII HVIIOAJDMdOKDp s -O图2 某企业电网电流波形及频谱分析ABCI-HARM.tffil Ik e駁H 川IT# H*1!OH 恥 FFAHHl| 戶-!, 1MHII2 I可
5、见电网电流发生明显的畸变，畸变率及各处谐波含有量见图3 所示。谐波耒格0:00:16OP 冋-GAmpRBCTHD%f4G.54G.347.5H3xrB.G9110.8HSxf41JB41242.5H7if13.6135I1L5H9f4.7E58.7HIHf8,8777.2H13xr5.13D14HI 5時酣121LE图3 某企业电网电流畸变率造成电流畸变现象的原因是该企业采用的是6脉动的变流器，给 电机供电，其特征次谐波是h=6kl（k为正整数）次，这与现场的实际 情况相吻合。现代化工厂企业供电系统中电能质量最突出和普遍的问题是谐 波，主要的谐波源有各种变频器、整流设备、晶闸管变流设备和一些
6、 用于节能的电子控制装置，谐波会给各种用电设备带来有害影响，轻 则增加能耗，缩短设备寿命，重则造成严重的用电事故，直接威胁到 工厂企业的正常生产。2 工厂企业谐波治理措施由于谐波对通信和电网中几乎所有设备都带来不良影响，消除谐 波是目前急需解决的问题。基本思路为装设滤波器，滤除谐波，创造 一个洁净电网。滤波器主要分为无源滤波器和有源滤波器。无源滤波器是传统的 谐波补偿装置，无源滤波器具有结构简单、工作可靠、投资较少、基 本上不需要维护等优点，目前在老旧工厂企业中已有部分的应用。但 其存在体积大、易造成电压鼓包和造成电网电压恶化等缺点。随着现 代电力电子技术的不断发展，人们将滤波的研究方向转到了
7、有源滤波 器。有源滤波器采用先进的谐波电流检测技术，实时检测谐波电流， 通过瞬时电流控制，实现谐波电流的动态补偿。有源滤波器可以自动 地跟踪电网谐波电流变化，具有高度的可控性和快速响应性。有源电力滤波器的主电路主要有逆变电路、电感和直流侧储能元 件组成。补偿电流主要由有源电力滤波器提供。针对工厂企业供电系 统各配电间配电容量较小和各处谐波电流大小不一的情况，考虑开发 小容量模块化有源滤波器，进行灵活配置，可以对工厂企业供电系统 产生的谐波起到很好的治理。模块化有源滤波器采用先进的数字化控制系统。单模块输出能力 可设较小，但可以针对不同的供电系统配置不同数量的模块。这样可 以实现设备的灵活配置，
8、实现资源的合理利用。据此，可以为该工厂企业的供电系统配置两个30A的模块化有源 滤波器，采用主从控制方式，实时高效的补偿电网谐波。这样可以弥 补机柜式有源滤波器不易于安装，体积较大的缺点。补偿后电流波形如图4所示。图4 某企业电网谐波补偿后电流波形电流的畸变率明显下降，见图5 所示。谐波表格色 0:01:14孝幘叵Hmpc rTHW4.951H3xf0.7U60.3H5%fD.7IJ1.3H7%rLIaoIJH9wLI070.5Hllxf0.70,7 BH13xfD.S1.003HISxf阳0.90.3图5 某企业电网谐波补偿后电流畸变率投入2个模块化有源滤波器后，电网电流中各次谐波电流得到有
9、 效抑制，A、B、C三相电流THD（总谐波失真）分别由46. 5%、46. 3% 和47.5%下降至4.9%、 5.8%和5.1%，使电网电流波形趋近正弦波。同 时电网电压的畸变率也得到很大改善，ABC三相电网电压的畸变率分 别降至1.5%、 1. 7%、 2. 1%，符合了国家标准限值要求，由原来的不 合格变为合格。3 结语综上所述，电力系统受到谐波污染后,轻则影响系统的运行效率, 重则损坏设备以至危害电力系统的安全运行。要消除谐波污染, 除在 电力系统中大力发展高效的滤波措施外, 在设计、制造和使用非线性 负载时, 也要采取有力的抑制谐波的措施, 减小谐波侵入电网, 从 而真正减少由于谐波污染带来的巨大经济损失。
