電力諧波產生及抑制技術分析

馮祥　朱敏杰

摘 要：隨著社會的不斷進步，電氣設備需求量的日益增加對電網的穩定性以及電能質量提出了新的挑戰。但是電力電子設備的廣泛應用，卻帶來了電力諧波公害問題。本文針對諧波危害產生的原因以及抑制方法進行了研究。

關鍵詞：諧波危害；諧波測量；抑制措施

一、電力系統諧波的產生原因

現在電網中越來越多使用非線性負載，例如變換頻率的設備、環流裝置等。這給系統帶來了很多的諧波問題，諧波還可通過電網進入用戶端，危害更加廣泛。總的來說，電網中電壓和電流諧波產生主要有兩個途徑：一是R、L、C元件的非線性；另一個是頻繁使用的電力電子裝置。

諧波源就是會產生諧波電流或電壓的電力電子裝置，如那些非線性特性的設備。電網中諧波源有兩種：電壓源型和電流源型。

（1）發電機就是一個典型的電壓源型諧波源。它由于本身結構的不對稱，或者氣隙的不均勻，就極易產生諧波，并入網中。旋轉的電動機就是公認的電壓諧波源。諧波電壓源很多，如整流換流設備、非線性的家用設備等都能產生大量的諧波。

（2）電力電子眾多設備中，能使交流變直流，直流變交流的設備運用最為廣泛。

二、諧波測量技術

測量電網中諧波的次數和觀察諧波在系統中的具體情況，這可以對抑制諧波，減少甚至消除諧波危害有很大的幫助。對諧波的測量包括對波形的測量、對頻譜的研究和對該諧波波形畸變率的測量。能測量出的諧波的頻率是1-40次左右，相當于50-2000Hz。

1.采用模擬帶通或帶阻濾波器的檢測方法

模擬濾波器是最早用來檢測諧波相關數據的設備，先將輸入信號放大。然后把該信號送進一組有并行聯結的帶通濾波器。該模擬濾波器的中心頻率f1、f2、…、fn是不變的，都是工頻的整數倍，并且f1

2.基于小波變換的諧波檢測方法

小波分析作為一種比較新穎的技術，在檢測諧波方面有了不錯的應用。電網電路中會產生高次諧波，并通過小波變換，將它映射到不同尺碼上，隨即會顯著地顯示出奇異高次諧波信號的特性。尤其是小波包還會將得到的信號再一次細分，這樣更有助于諧波分析。首先將諧波電流進行正交分解，將信號分解為各個方向上的，以方便分析比較和處理。然后我們可以把低頻段的信號看作是基波分量，這樣子不會太影響結果，又可以簡化分析。

三、電力諧波抑制技術分析

根本抑制和阻止電力系統諧波的產生，就應該從產生諧波的諧波源的設備，即電力電子設備開始。解決諧波污染問題一般有兩種方法：一是主動型，就是改進對電力電子設備（即諧波源）本身的設計，從而減少或消除諧波的產生，而且還可以提高功率因數；二是被動型，就是給電路增加濾波器，吸收諧波，減少諧波傳播，比如在電網中增設無源濾波器或在設備的電網側增設有源濾波器。本文圍繞應用范圍較廣的主動型電力諧波抑制技術展開介紹。

1.多脈整流及準多脈整流

幾百千瓦以上的大容量電力電子設備，老用12脈或24脈變流器來減小諧波電流。脈數增多，這明顯會帶來一些好處，比如電網中電流諧波含量會減少，波形也變得不那么畸形，諧波產生也越少。但與此同時，也會存在一些問題，如脈數越多，則設備的結構越復雜，連線也越麻煩，設備造價也越高。所以脈數并不是越高越好，而是要考慮方方面面。

2.利用脈寬調制（PWM）技術

PWM技術的工作原理就是在一個周期內，將直流電壓調制成同樣大小但是不同樣寬度的交流電壓，并且輸出端口，從而減少諧波。其實就是說，只要控制調制后的交流電壓的波形，能保證每1/2波和1/4波是對稱的。并且使這些波的大小和那些經傅里葉變換后需要消除的諧波一樣，相位差180度，這樣子就可以達到消除諧波的效果。PWM技術就是可以讓諧波頻譜往高頻移動，有效抑制諧波的傳播，提高網側的功率因數。但因為PWM諧波信號經過調制后會有高次諧波，這有可能會對空間產生輻射和電磁干擾。

3.利用多重化技術

各個方案都有其優點和缺點，將各個方案結合起來實施，使各方案優勢互補，這將成為未來的發展趨勢。比如，SPWM技術，這是結合了移相技術和PWM的優點，這更多的是用于大功率設備上。因為不僅它選取了多重化以及PWM技術的優勢，而且每個的開關頻率比較低。

四、結語

本文分析了諧波的成因，接下來又闡述了測量諧波的兩種主要方法：采用模擬帶通或帶阻濾波器的檢測方法及基于小波變換的諧波檢測方法。最后根據產生諧波的裝置，將抑制諧波的方法分為兩種：主動型以及被動型諧波抑制技術，并且圍繞主動型技術展開了詳細的介紹。

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