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淺談諧波及無源濾波與有源濾波
諧波源及類型
如果正弦交流電壓加在設(shè)備上，產(chǎn)生的電流卻不是正弦交流電流，這樣的設(shè)備就稱為非線性阻抗設(shè)備，簡稱非線性設(shè)備。不是正弦波形的交流電就含有諧波成分，所以非線性設(shè)備也稱為諧波源。
工業(yè)電網(wǎng)中主要的諧波源有三種類型：三相橋式整流回路在每一相的正負(fù)波形上都會(huì)產(chǎn)生波形變化，一個(gè)周期里就有六個(gè)非正弦的波形，所以稱為六脈波設(shè)備。六脈波設(shè)備的諧波很有規(guī)律，會(huì)產(chǎn)生六的倍數(shù)加減1次數(shù)的諧波，即5、7、11、13、17、19……次諧波，而且隨著諧波次數(shù)升高諧波幅值會(huì)逐漸降低，所以通常只需要處理5、7、11、13次諧波。
這類設(shè)備包括有三相橋式整流器的所有設(shè)備、比如直流驅(qū)動(dòng)器、變頻器、軟啟動(dòng)器，UPS電源等等，是目前工業(yè)用電設(shè)備中常見的一類諧波源。
類似工業(yè)電弧爐這樣的設(shè)備工作時(shí)，電流波形變化很頻繁，會(huì)分解出次數(shù)和幅值不斷變化的諧波。
非線性的單相設(shè)備，比如帶有單相整流環(huán)節(jié)的電子儀器等等，因?yàn)槿嗖粚?duì)稱原因會(huì)在零線上形成3次零序諧波。
1 諧波對(duì)電力系統(tǒng)和各種電氣設(shè)備的危害
諧波容易使電網(wǎng)與補(bǔ)償電容器之間發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波電流放大幾倍甚至幾十倍，造成過電流，引起電容器、與電容器相連的電抗器和電阻器的損壞，甚至引起嚴(yán)重事故。
諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作、熔絲非正常熔斷，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致電氣測量儀表計(jì)量不準(zhǔn)確。
諧波會(huì)造成變壓器、電動(dòng)機(jī)等機(jī)械振動(dòng)，噪聲、溫升顯著增加，絕緣壽命縮短。
諧波會(huì)引起設(shè)備和線路額外發(fā)熱，增加損耗、加速絕緣老化、降低使用壽命。
諧波能延緩電弧熄滅，造成事故擴(kuò)大。
諧波導(dǎo)致三相四線系統(tǒng)中的中線電流顯著增加，引發(fā)系統(tǒng)故障甚至事故。
諧波通過電磁感應(yīng)和傳導(dǎo)耦合等方式會(huì)對(duì)鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者引進(jìn)噪聲，降低通信質(zhì)量;重者導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。
諧波會(huì)引起生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，造成產(chǎn)品不合格率上升，降低企業(yè)效益。
諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于諧波而破壞的電氣設(shè)備中，并聯(lián)電容器約占70%，其中串聯(lián)電抗器約占30%。
諧波電流使電力系統(tǒng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電、用電的使用效率。
2 諧波治理及無源濾波與有源濾波的區(qū)別
目前諧波治理的技術(shù)主要有無源濾波技術(shù)和有源濾波技術(shù)兩種。
無源濾波技術(shù)是目前應(yīng)用為廣泛的諧波抑制手段，它是按照希望抑制的諧波次數(shù)專門量身制造的，采用電感、電容的調(diào)諧原理，將諧波陷落在濾波器中，以減少對(duì)電網(wǎng)的注入。無源濾波裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，技術(shù)已比較成熟，但是也存在著難以克服的缺陷： 1、濾波特性受系統(tǒng)參數(shù)的影響較大，極易與系統(tǒng)或者其它濾波支路發(fā)生串并聯(lián)諧振;
2、只能消除特定的幾次諧波，而對(duì)其他的某次諧波則會(huì)產(chǎn)生放大作用;
3、濾波、無功補(bǔ)償、調(diào)壓等要求之間有時(shí)難以協(xié)調(diào);
4、諧波電流增大時(shí)，濾波器負(fù)擔(dān)隨之加重，可能造成濾波器過載，甚至損壞設(shè)備。
5、有效材料消耗多，體積大。
有源濾波技術(shù)作為一種新型的諧波治理方法，是消除諧波污染、提高電能質(zhì)量的有效工具，與無源濾波技術(shù)相比，有著*的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
1、實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可對(duì)頻率和大小均變化的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)補(bǔ)償對(duì)象的變化有極快的響應(yīng)速度;
2、有源濾波裝置是一個(gè)高阻抗電流源，它的接入對(duì)系統(tǒng)阻抗不會(huì)產(chǎn)生影響，因此此類裝置適合系列化，規(guī)?；a(chǎn);
3、當(dāng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)裝置受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不存在與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)，同時(shí)能抑制串并聯(lián)諧振
4、補(bǔ)償無功功率時(shí)不需要儲(chǔ)能元件，補(bǔ)償諧波時(shí)所需要的儲(chǔ)能元件不大
5、用同一臺(tái)裝置可同時(shí)補(bǔ)償多次諧波電流和非整數(shù)倍次的諧波電流，既可以對(duì)一個(gè)諧波和無功源進(jìn)行單獨(dú)補(bǔ)償，也可對(duì)多個(gè)諧波和無功源進(jìn)行集中補(bǔ)償
6、當(dāng)線路中的諧波電流突然增大時(shí)有源濾波器不會(huì)發(fā)生過載，并且能正常發(fā)揮作用，不需要與系統(tǒng)斷開
7、裝置可以僅輸出所需要補(bǔ)償?shù)母叽沃C波電流，不輸出基波無功功率，不但減小了有源濾波器的總?cè)萘浚€可以避免輕負(fù)荷時(shí)發(fā)生無功倒送現(xiàn)象。
3. 結(jié)束語
隨著電網(wǎng)中非線性負(fù)荷及諧波源種類及數(shù)量的增加，其產(chǎn)生的諧波也越來越嚴(yán)重，急需治理。低成本的無源濾波技術(shù)是目前普遍采用的治理諧波的方法，此方法簡單，但存在一定的缺陷。有源濾波技術(shù)可以對(duì)頻率和幅度都變化的諧波進(jìn)行治理，但也存在初期投資大、運(yùn)行效率低的缺點(diǎn)，為此，可以將有源濾波技術(shù)和無源濾波技術(shù)結(jié)合起來使用，既可以使有源濾波器降低，又可彌補(bǔ)無源濾波器的缺陷，是一個(gè)很好的發(fā)展方向。