供电系统谐波的危害及测量法

1. 谐波的危害

谐波电流是电力网的一大生态危机，因而对供电系统谐波电流难题的科学研究愈来愈造成大家的高度重视。

1.1 对供配电系统路线的伤害

(1)危害路线的平稳运作。供电系统中的输电线路与配电变压器，一般选用电感式汽车继电器、感应汽车继电器或晶体三极管汽车继电器给予检验维护，促使在常见故障状况下确保路线与机器设备的安全性。但针对电感式汽车继电器与感应汽车继电器，谐波电流成分高时，易使继电保护装置错误操作，因此在谐波电流危害下不可以全方位合理地具有维护功效。晶体三极管断电器尽管具备很多优势，但因为选用了整流器抽样电源电路，非常容易受谐波电流危害，造成误动或拒动。因而，谐波电流将严重危害供电系统的平稳与安全性运作。

(2)危害电力网的品质。供电系统中的谐波电流能使电力网的工作电压与电流量波型产生崎变。如民用型配电系统中的中性点，因为荧光灯管、调日光灯、电子计算机等负荷，会造成很多的奇次谐波电流，在其中3 次谐波电流的成分较多，可以达到40%;三相配电设备路线中，火线零线上3 的非负整数谐波电流在中性点上面累加，使中性点的电流很有可能超出火线零线上的电流量。此外，同样頻率的谐波电流工作电压与谐波要造成同次谐波电流的功率因素与无功负荷，进而减少电力网工作电压，消耗电力网的容积。

1.2 对电气设备的伤害

(1)对电力电容器的伤害。

当电力网存有谐波电流时，资金投入电力电容器后其直流电压扩大，根据电力电容器的电流量提升得更高，使电力电容器耗损输出功率提升。针对膜纸复合型物质电力电容器，容许有谐波电流时的耗损输出功率为无谐波电流时耗损输出功率的1.38 倍;针对全膜电力电容器，容许有谐波电流时的耗损输出功率为无谐波电流时的1.43 倍。

假如谐波电流成分较高，超过电力电容器容许标准，便会使电力电容器过电流量和过负载，耗损输出功率超出以上值，使电力电容器出现异常发烫，在静电场和溫度的功效下绝缘层物质会加快脆化。尤其是电力电容器资金投入在工作电压早已崎变的电力网里时，很有可能使电力网的谐波电流加重，即造成谐波电流扩张状况。此外，谐波电流的存有通常使工作电压展现尖形波型，尖形工作电压波易在物质中引起局放，且因为工作电压弹性系数大，局放抗压强度大，对绝缘层物质能具有加快脆化的功效，进而减少电力电容器的使用期限。

一般来说，工作电压每上升10%，电力电容器的使用寿命便会减少1/2 上下。其次，在谐波电流比较严重的状况下，还会继续使电力电容器鼓肚、穿透或发生爆炸。

(2)对配电变压器的伤害。

谐波电流使变电器的铜耗扩大，在其中包含电阻损耗、电导体中的涡流损耗与电导体外界因漏磁造成的杂散耗损都需要提升。谐波电流还使变电器的铁耗扩大，这具体表现在变压器铁芯中的磁滞损耗提升，谐波电流使工作电压的波型越来越越差，则磁滞损耗越大。因为之上两层面的耗损提升，降低变电器的具体应用容积，换句话说在挑选变电器短路容量时，必须考虑到电力网中的谐波电流成分的危害。此外，谐波电流还造成变电器噪音扩大，变电器的震动噪音主要是因为变压器铁芯的涡流损耗伸缩式造成的。伴随着谐波电流频次的提升，振动频率在1KHz 上下的成份使掺杂噪音提升，有时候还传出金属材料声。

(3)对电线电缆的伤害。

因为谐波电流频次高频升高，再加之电缆线电导体截面越大趋肤效应越显著，进而造成电导体的，特性阻抗扩大，促使电缆线的容许根据电流量减少。此外，电缆线的电阻器、系统软件母线槽侧及路线阻抗角与系统软件串连，提升功率因素用的电力电容器及路线的容抗与系统软件串联，在一定标值的电感器与电容器下很有可能产生串联谐振。

(4)对用电量机器设备的伤害。

谐波电流对异步电机的危害，主要是提升电机的额外耗损，减少高效率，比较严重时使电机超温。尤其是负序谐波电流在电机中造成负序电磁振荡，产生与电机转动方位反过来的转距，起制动系统功效，进而降低电机的负荷率。此外，电机中的谐波，当頻率贴近某零件的共振频率时还会继续使电机造成振动分析，传出非常大的噪音。

(5)危害电力工程精确测量的精确性。

现阶段选用的电力工程检测仪表中有光电型和磁感应型，他们受谐波电流的危害很大。尤其是电能表(多选用磁感应型)，当谐波电流很大时将造成计量检定错乱，精确测量不精确。

总而言之，谐波的产生，电力网谐波电流来自于3 个层面：一是开关电源品质不高造成谐波电流;二是输变电系统软件造成谐波电流;三是用电量机器设备造成的谐波电流。在其中，用电量机器设备造成的谐波电流数最多。

2. 根据傅里叶变换的测量法

2.1 根据傅里叶变换的测量法

选用傅立叶级数对非正弦函数持续時间周期函数开展剖析是谐波分析的基本上方式。

事实上常常把持续時间数据信号的一个周期T 等分为N 个点，在等网点开展取样而获得一系列离散变量時间数据信号，随后选用离散变量傅里叶变换(DFT)或迅速傅里叶变换(FFT)的方式开展谐波分析，最后得到所必须的谐波电流数据信号。应用此方式精确测量谐波电流，精密度较高，作用较多，方便使用，是现如今运用最普遍的一种方式，其缺陷是必须一定時间的取样值，且必须开展2次转换，测算量大，需耗费较多的时间计算，检验的結果事实上是长时间前的谐波电流数据信号，实用性不太好。不能满足精确的谐波电流精确测量规定，因而务必对优化算法开展改善。

2.2 改善的根据傅里叶变换的测量法

(1)改善的迅速傅立叶优化算法。是将基2 溶解和基4 溶解揉合在一起，而单数加减法频次同样，此外将取样的2 个实编码序列组成复编码序列开展转换，将結果按公式计算变换为2 个实编码序列的FFT 转换結果。实验说明，此类方式具备检验实用性好，测量精度高优势，根据此类方式研发的16路电力工程谐波电流线上监控、剖析设备，谐波电流测量精度做到2%。

(2)基波有功功率份量去除法。从傅里叶变换考虑，根据检验负荷电流量基波有功功率份量来检验谐波电流和无功功率电流量。有崎变电流量，在其中：iI(t)为单相路中离散系统负载电流量，ifp 为基波电流量有功功率份量，A1 为基波有功功率份量幅度值。该方式因为优化算法简易、常用元器件少、实用性较高，不但能适用单相路，并且也适用三相四线制电源电路。

3. 根据瞬间无功负荷基础理论的测量法

现阶段，日本专家学者 H.Akagi 明确提出的瞬间无功负荷基础理论为世界各国很多专家学者所应用。此基础理论根据三相三线制电源电路的。设三相电路各直流电压和电流量的瞬时值为ea、eb、ec 和ia、ib、ic，为分析问题便捷，把他们转换到两相正交和的平面坐标上。历经转换可得到α、β两相瞬间工作电压和电流iα、iβ。在其中，在平面图上，能够 解得三相电路瞬间无功负荷q 和瞬间功率因素p。

以三相瞬间无功负荷基础理论为基本，测算 q、p 或ip、iq 为立足点就可以得到三相三线制电源电路谐波检测的二种方式，各自称作q、p 计算方法和ip、iq 计算方法。这二种方式的优势是当电力网工作电压对称性且无崎变时，各电流量份量的精确测量电源电路非常简单，而且延迟小。

检验谐波时，因被精确测量目标电流量中谐波电流组成和选用过滤器的不一样，会出现不一样的延迟，但延迟数最多不超过1 个开关电源周期时间。对电力网中最典型性的谐波电流源——三相电子整流器，其检验的延迟约为1/6 周期时间。由此可见，该方式具备非常好的实用性，缺陷是硬件配置多，耗费大，完成起來较为繁杂。

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