諧波抑制設(shè)計(jì)技術(shù)

1供配電系統(tǒng)諧波抑制設(shè)計(jì)技術(shù)

2

諧波問(wèn)題不是新問(wèn)題，

但又是新問(wèn)題。

3我國(guó)早在1984年就發(fā)布了《電子系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定》；隨后又于1993年頒布了《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》標(biāo)準(zhǔn)；進(jìn)入21世紀(jì)的2003年又頒布了《公用低壓供電系統(tǒng)低頻傳導(dǎo)騷擾及信號(hào)傳輸兼容水平》和《工廠(chǎng)低頻傳導(dǎo)騷擾的兼容水平》兩個(gè)文件。與此同時(shí)，2003年和2004年又先后發(fā)布了單臺(tái)設(shè)備＜16A和＞16A的諧波電流發(fā)射限值的規(guī)定。上述簡(jiǎn)況已能說(shuō)明，諧波問(wèn)題已不是什么新問(wèn)題了，早已有章可循了?！C波問(wèn)題不是新問(wèn)題，是因?yàn)椋?——諧波問(wèn)題又是新問(wèn)題，是因?yàn)椋褐C波是當(dāng)代科技進(jìn)步的“產(chǎn)物”，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，非線(xiàn)性負(fù)荷用電設(shè)備的類(lèi)型、數(shù)量和用電量的變化和更新?lián)Q代是個(gè)不確定因素，這就需要去解決情況不斷發(fā)生變化的新問(wèn)題。非線(xiàn)性負(fù)荷用電量的年增長(zhǎng)率遠(yuǎn)高于發(fā)電量年增長(zhǎng)率，這是電網(wǎng)的諧波迅速惡化的根源，非線(xiàn)性負(fù)荷用電量的來(lái)勢(shì)兇猛，這必然帶來(lái)尚不能被認(rèn)識(shí)的新問(wèn)題。諧波源是電網(wǎng)諧波問(wèn)題的根源。當(dāng)前，重要的諧波源（非線(xiàn)性負(fù)荷用電設(shè)備）依次是電力整流器、逆變器、變頻裝置等換流裝置占諧波源總數(shù)的66％；家用電器占諧波源總數(shù)的23％以及電弧爐等。這里可以看出換流裝置和家用電器兩大部分完全占據(jù)了核心位置。因此，在高新技術(shù)電力電子應(yīng)用領(lǐng)域中，分析掌握新生的諧波源的特性及其運(yùn)行狀態(tài)，使得節(jié)能減排與諧波治理達(dá)到完美結(jié)合，這也是迫切需要深入研究的新問(wèn)題。5——

所以，研討供配電系統(tǒng)中的諧波問(wèn)題,

就是一件很有意義的課題了。供配電系統(tǒng)諧波抑制設(shè)計(jì)技術(shù)一、諧波允許值二、諧波評(píng)估三、諧波抑制技術(shù)

6一、諧波限值（允許值）——電力電子裝置在運(yùn)行中必然產(chǎn)生各次諧波。根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)水平要求其在運(yùn)行中不產(chǎn)生諧波是不現(xiàn)實(shí)的也是不可能的?！热恢C波的存在是不可避免的，而諧波又是一種電磁騷擾，為使諧波騷擾造成的危害很少，能在工程中可以接受的水平，就必須將諧波限制在一定范圍——諧波限值或諧波允許值。71.國(guó)內(nèi)諧波限值規(guī)定（1）公用電網(wǎng)諧波限值

8①電網(wǎng)諧波電壓限值電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值（GB/T14549-93）電網(wǎng)標(biāo)稱(chēng)電壓（kV）電壓總諧波畸變率THDu（%）各次諧波電壓含有率HRUn（%）奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2

諧波電壓含量

9②注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值（GB/T14549-93）標(biāo)稱(chēng)電壓(kV)基準(zhǔn)短路容量(MVA)Sk2諧波次數(shù)(n)23456789101112131415161718192021222324諧波電流允許值（A）Inp0.381078623962264419211628132411129.7188.6167.88.97.1146.5610043342134142411118.5167.1136.16.85.3104.794.34.93.97.43.610100262013208.5156.46.85.19.34.37.93.74.13.26.02.85.42.62.92.34.527125.18.83.84.13.15.62.64.72.22.51.93.61.73.21.51.81.42.71.3注：SK1時(shí)允許值：In=Inp（SK1/SK2）SK1—公共連接點(diǎn)的最小短路容量（MVA）。

10（2）非公用和工廠(chǎng)的中壓、低壓供電系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)諧波電壓兼容水平和電壓總諧波畸變率的允許值。11非公用和工廠(chǎng)的中壓、低壓供電系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)諧波電壓兼容水平

（IEC61000-2-4：2002）（GB/T18039.4-2003idtIEC-1994）諧波次數(shù)n諧波電壓兼容水平(%)非公用和工廠(chǎng)供電系統(tǒng)Ⅰ類(lèi)Ⅱ類(lèi)Ⅲ類(lèi)非3倍奇次諧波536873571133.5513334.5諧波次數(shù)17≤n≤492242.27×17/n-0.272.27×17/n-0.274.5×17/n-0.53倍奇次諧波335691.51.52.5150.30.42210.20.31.7521＜n≤450.20.21偶次諧波22234111.560.50.5180.50.5110≤n≤500.50.510.25×10/n+0.250.25×10/n+0.25112電壓總諧波畸變率（THDu）允許值建筑物的電磁環(huán)境分類(lèi)——可分為三類(lèi)?！笮歪t(yī)療中心、航空港、金融中心、電信樞紐、防災(zāi)中心以及冶金、化工、造紙等重點(diǎn)諧波監(jiān)控治理行業(yè)中的計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制和保護(hù)設(shè)備，其公共連接點(diǎn)的諧波電壓的兼容水平宜符合Ⅰ類(lèi)要求?！丶?jí)、一級(jí)辦公建筑、特級(jí)劇場(chǎng)、大型商場(chǎng)及一般工業(yè)環(huán)境的公共連接點(diǎn)和系統(tǒng)或裝置內(nèi)部連接點(diǎn)（IPC）的諧波電壓兼容水平宜符合Ⅱ類(lèi)要求?！话戕k公建筑、公共建筑以及一般工業(yè)建筑環(huán)境中，連接有下列設(shè)備時(shí)，其系統(tǒng)或裝置內(nèi)部連接點(diǎn)的諧波電壓兼容水平宜符合Ⅲ類(lèi)要求?！翊蟛糠重?fù)荷經(jīng)換流器供電；●有焊接設(shè)備；●頻繁啟動(dòng)的大型電動(dòng)機(jī)；●快速變化的負(fù)荷。電磁環(huán)境類(lèi)別Ⅰ類(lèi)Ⅱ類(lèi)Ⅲ類(lèi)THDu5％8％10％13（3）低壓電氣設(shè)備諧波電流限值

①單臺(tái)設(shè)備每相輸出的電流≤16A時(shí)各類(lèi)低壓電氣設(shè)備的諧波電流發(fā)射限值設(shè)備類(lèi)型A類(lèi)B類(lèi)C類(lèi)D類(lèi)

諧波電流限值諧波次數(shù)n最大允許諧波電流(A)最大允許諧波電流(A)每瓦允許的最大諧波電流(mA/w)奇次32.303.4530×λ2.303.451.141.71101.141.970.771.1670.771.090.400.6050.400.50110.330.5030.330.35130.210.320.15×15/n3.85/n15≤n≤390.15×15/n0.23×15/n偶次21.081.62240.430.6560.300.458≤n≤400.23×8/n0.35×8/n設(shè)備類(lèi)型舉例調(diào)光器、音頻設(shè)備便攜式工具＜25W氣體放電燈、＞25W的照明設(shè)備電視接收機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)及其顯示器注：λ－－電路功率因數(shù)，n－－諧波次數(shù)14②單臺(tái)設(shè)備每相輸入電流＞16A，≤75A時(shí)

平衡三相設(shè)備諧波電流發(fā)射限值

（IEC61000-3-12：2004）（GB/Z17625.6-2003.idtIEC-1998）短路比最小值Rsce各次諧波允許電流In/I1（%）允許諧波電流畸變率（%）I5I7I11I13THDPWHD3310.77.23.12132266149531625120191274222825031201273738≥350402515104846注：①12次及12次以下的偶次諧波的相對(duì)值不應(yīng)>

12次以上的偶次諧波如同奇次諧波，計(jì)入THD和PWHD中考慮。②不同于表中的Rsce值相對(duì)應(yīng)的各諧波電流限值允許用線(xiàn)性插入法求出。③In——第n次諧波電流，I1——基波電流，PWHD—部分加權(quán)諧波畸變率。

④一臺(tái)設(shè)備或一套用戶(hù)裝置的短路比，計(jì)算公式（Sce—短路容量；

Sequ—設(shè)備的額定視在功率）單相設(shè)備：Rsce＝Sce/3Sequ；三相設(shè)備：Rsce＝Sce/Sequ；15

不平衡三相設(shè)備諧波電流發(fā)射限值短路比最小值Rsce各次諧波允許電流In/I1(%)允許諧波電流畸變率（％）I3I5I7I9I11I13THDPWHD3321.610.77.23.83.1223236624138543262612027151065430302503520139864040≥350412415121084747注：①12次及12次以下的偶次諧波的相對(duì)值不應(yīng)＞。

12次以上的偶次諧波如同奇次諧波，計(jì)入THD和PWHD中考慮。②不同于表中的Rsce值相對(duì)應(yīng)的各諧波電流限值允許用線(xiàn)性插入法求出。③

In——第n次諧波電流，

I1——基波電流。16③單臺(tái)設(shè)備每相輸入電流＞75A時(shí)

＞75A的平衡三相設(shè)備諧波電流發(fā)射限值（IEC61000-3-12：2004）（GB/Z17625.6-2003,idtIEC-1998）短路比最小值Rsce各次諧波允許電流In/I1（%）允許諧波電流畸變率（%）I5I7I11I13THDPWHD66

14111081625120

16121181829175

2014128253325030181383539350402515104846450503520155851600604025187057注：①12次及12次以下的偶次諧波的相對(duì)值不應(yīng)>

12次以上的偶次諧波如同奇次諧波，計(jì)入THD和PWHD中考慮。②不同于表中的Rsce值相對(duì)應(yīng)的各諧波電流限值允許用線(xiàn)性插入法求出。③

In—第n次諧波電流，II—基波電流，PWHD—部分加權(quán)諧波畸變率。

172.國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）

和國(guó)外諧波限值水平

18（1）IEC61000－2－2：2002《環(huán)境－公用低壓供電系統(tǒng)低頻傳導(dǎo)騷擾及信號(hào)傳輸?shù)募嫒菟健饭玫蛪弘娋W(wǎng)的諧波電壓兼容水平非3倍奇次諧波3倍奇次諧波偶次諧波諧波次數(shù)n諧波電壓的兼容水平（%）諧波次數(shù)n諧波電壓的兼容水平（%）諧波次數(shù)n諧波電壓的兼容水平（%）5635227591.541113.5150.460.5133210.380.517≤n≤492.27×17/n-0.2721＜n≤450.210≤n≤500.25×10/n+0.25總諧波畸變率為8%19

（2）美國(guó)IEEEstd-519:1992諧波限值水平（kV）各次諧波電壓含有率（%）電壓總諧波畸變率（%）2.4～6935115～1611.52.5短路電流/負(fù)荷電流＜2025～＜5050～＜100100～＜1000＞1000電流總需求畸變率(TDD)5％8％12％15％20％名稱(chēng)醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)一般系統(tǒng)逆變器負(fù)載電壓畸變率3％5%10%20（3）國(guó)外諧波限值水平范圍可歸納為：低壓（≤1kV）:一般為5%，個(gè)別為4%，7%（國(guó)內(nèi)為5％）。中壓（24～77kV）：一般為2%～5%，個(gè)別為6%（國(guó)內(nèi)為3％～4％）?！壳埃谑澜绶秶鷥?nèi)最具影響的電磁兼容（EMC）標(biāo)準(zhǔn)有兩類(lèi)：①?lài)?guó)際電工委員會(huì)（IEC）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)——在歐洲、亞洲、澳洲和非洲有較大影響力。②美國(guó)電氣與電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ANSI）標(biāo)準(zhǔn)在美國(guó)有很大影響力。我國(guó)有關(guān)EMC標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)的是IEC61000系列標(biāo)準(zhǔn)。21二．諧波評(píng)估——諧波的出現(xiàn)將造成電流或電壓波形的畸變,從而會(huì)降低電能質(zhì)量，并且與供配電系統(tǒng)連接的非線(xiàn)性負(fù)荷引起諧波電流，通過(guò)系統(tǒng)阻抗，諧波電流產(chǎn)生諧波電壓，又反向注入電源側(cè),進(jìn)而引起供電電壓畸變。北京電力部門(mén)已于2004年在《電能質(zhì)量—公用電網(wǎng)諧波工作管理辦法》中要求對(duì)諧波騷擾的危害進(jìn)行全面評(píng)估，并應(yīng)由有資質(zhì)的單位完成。

221.諧波頻譜特征

23（1）諧波實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（舉例）

①低壓側(cè)主進(jìn)線(xiàn)回路諧波電流畸變率實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。寫(xiě)字樓的配電系統(tǒng)中，主要是3次、5次和7次諧波。

電流畸變率值某寫(xiě)字樓8000㎡100000㎡饋出回路：空調(diào)、照明、插座、電梯、機(jī)房饋出回路：空調(diào)一、二，UPS、電腦、電梯、照明A相B相C相A相THDI15.30%16.20%17.20%11.80%THDI314.30%14.90%15.30%8.10%THDI52.70%4.10%5.50%7.90%THDI73.60%3.80%4.00%3.30%THDI91.10%1.80%2.00%0.30%THDI112.00%1.80%2.60%0.40%THDI131.30%1.20%1.40%0.30%24

②整流設(shè)備不同的工作狀態(tài)，不同的負(fù)荷率情況下的諧波實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。測(cè)試結(jié)果表明，在不同的負(fù)荷率情況下，整流設(shè)備的諧波電流畸變率也不同，負(fù)荷率越高，THDI越低，同時(shí)整流設(shè)備的頻譜特性很寬。

電流畸變率值某移動(dòng)通訊大樓整流設(shè)備回路負(fù)荷率80.2%負(fù)荷率63%負(fù)荷率31.2%A相B相C相THDI34.30%37.00%65.35%THDI32.80%2.69%3.94%THDI527.90%31.94%42.41%THDI711.70%13.44%18.40%THDI117.20%7.42%6.09%THDI136.60%7.42%11.11%THDI174.10%4.19%6.81%THDI194.00%4.09%7.65%THDI235.90%7.74%25.57%THDI256.20%7.96%23.89%THDI354.00%4.95%8.96%THDI372.80%3.12%4.78%25③三相UPS設(shè)備在不同的負(fù)荷率情況下的諧波實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。負(fù)荷

率越高，THUI越低。同時(shí)UPS設(shè)備主要是5次、7次諧波。

UPS設(shè)備諧波實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)負(fù)荷率10%20%30%電流值（A）畸變率（%）電流值（A）畸變率（%）電流值（A）畸變率（%）THDI58.5%39%33.6%基波48.4100171.3100251.4100524.75063.43778.231.1710.922.411.56.69.53.8114.58.914.98.721.68.6133.77.66.22.5171.12.17.24.211.44.5191.32.74.62.75.22.126④變頻器產(chǎn)生的諧波主要為5次、7次、11次和13次諧波電流畸變率在30％～35％左右。單臺(tái)進(jìn)口變頻器諧波實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相序A相B相C相電流值（A）畸變率（%）電流值（A）畸變率（%）電流值（A）畸變率（%）THDI36.10%35.70%33.10%基波45.610045.510047.910031.63.61.94.11.22.5514.030.714.030.713.628.676.013.25.512.05.611.890.30.70.30.60.10.2113.88.43.98.53.77.7132.55.52.45.32.34.8171.74.72.24.82.04.3192.13.61.63.51.53.2231.23.11.23.11.32.8251.42.71.42.61.22.427⑤單相整流設(shè)備產(chǎn)生的諧波主要為3次、7次和9次。

單臺(tái)整流設(shè)備諧波實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

⑥彩色電視機(jī)的型號(hào)不同，雖然皆為29〞規(guī)格，諧波電流值并不同。幾種型號(hào)彩色電視機(jī)諧波電流值實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

諧波次數(shù)n基波35791113L相畸變率THDI47.7%45%1.7%6.1%2.6%1.4%1.8%電流值505A227A8A31A13A7A9A電視機(jī)型號(hào)長(zhǎng)虹康佳嘉華索尼飛利浦熊貓2919PVT2988K929AF29B9PV29B9PV2918額定功率（W）215190180169115135基波電流有效值（A）0.6050.5270.5120.4330.4570.636諧波電流分量有效值（A）30.5450.4590.4280.3890.3950.57350.4470.3630.3050.3170.3130.47270.3180.2430.1620.2270.2100.34528⑦高壓鈉燈的功率不同，諧波電流也有所差異。

高壓鈉燈的諧波電流實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

⑧高壓鈉燈有無(wú)并聯(lián)電容器，諧波電流含有率也不相同。有無(wú)并聯(lián)電容器的鈉燈的諧波電流含有率（In/I1）類(lèi)型功率（W）基波電流（A）諧波電流（A）I1I3I5I7鈉燈701.4～1.451.6～1.70.025～0.030.0251101.49～1.540.19～0.20.032～0.0350.03～0.042152.15～2.380.31～0.360.035～0.0360.04～0.06類(lèi)型并聯(lián)電容器In/I1

（％）I3I5I7I9I11I13鈉燈無(wú)8～113～71～30.5～1.50.3～1.50.2～3有182317591629⑨高壓鈉燈產(chǎn)生的諧波主要為3次、5次和7次，諧波電流畸變率為15％左右。

照明用高壓鈉燈實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（選用22×8盞）

相序A相B相C相電流值（A）畸變率（%）電流值（A）畸變率（%）電流值（A）畸變率（%）THDI13.8%14.4%14.3%基波162.2100179.4100163.3100320.412.624.213.52112.957.24.47.34.16.64.074.32.74.72.67.34.591.30.81.91.11.20.7112.51.62.21.22.01.2131.00.60.90.51.40.930⑩某政府辦公樓照明回路電源總進(jìn)線(xiàn)處實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)類(lèi)型實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流器）電子鎮(zhèn)流器4層裝節(jié)電器3層5層18層16層節(jié)電器電壓輸出12％端子節(jié)電器電壓輸入節(jié)電器電壓輸入端電流節(jié)電器電壓輸出端電流熒光燈T8THD3.0%13.7%7.5%19.3%2.0％2.1％9.8％8.7％In/V39.65A31.49A53.9A18.33A205.6V222.5V32.25A27.73A31測(cè)試時(shí)間：2007年11月20日下午

測(cè)試點(diǎn)位置：某建院辦公樓變壓器進(jìn)線(xiàn)柜測(cè)試工具：FLUKE435型電能質(zhì)量分析儀分析軟件：FlukeView3.20版測(cè)試安裝接線(xiàn)：三相四線(xiàn)制接線(xiàn)示意圖見(jiàn)右圖：?jiǎn)栴}：1、院諧波污染嚴(yán)重嗎？2、諧波污染以多少次為主？3、需要什么樣的解決方案？11某設(shè)計(jì)樓諧波實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)32某建院辦公樓諧波數(shù)據(jù)分析基本電氣量數(shù)據(jù)有功功率電流電壓視在功率無(wú)功功率功率因數(shù)33C相電流電壓波形某建院辦公樓諧波數(shù)據(jù)分析電壓波形電流波形34C相電流諧波分析某建院辦公樓諧波數(shù)據(jù)分析35中性線(xiàn)電流波形某建院辦公樓諧波數(shù)據(jù)分析36中性線(xiàn)電流諧波分析某建院辦公樓諧波數(shù)據(jù)分析37（2）諧波的頻譜特征

通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)和用電設(shè)備的諧波的實(shí)際測(cè)量，雖然尚待完善，但仍看可出：——諧波畸變率值與負(fù)荷率高低有關(guān)。負(fù)荷率高，諧波畸變率值越小?！C波畸變率值與用電設(shè)備功率有關(guān)。同類(lèi)設(shè)備的功率不同，諧波畸變率值也不同?！C波畸變率值與用電設(shè)備型號(hào)規(guī)格有關(guān)。同類(lèi)用電設(shè)備的型號(hào)不同，諧波畸變率也不同，即使規(guī)格相同的同類(lèi)設(shè)備，諧波畸變率也有差異。——諧波畸變率值與非線(xiàn)性負(fù)荷和非線(xiàn)性設(shè)備的特性有關(guān)。不同類(lèi)型的諧波源，諧波畸變率值也不相同。其主要諧波頻譜特征也有差異。38一些設(shè)施或設(shè)備的主要諧波特征設(shè)備名稱(chēng)主要諧波（次）I3I5I7I11、I13電梯、自動(dòng)扶梯、升降機(jī)●●●●●●●變頻/軟啟動(dòng)器的制冷/熱設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備●●●●●●●熒光燈、金鹵燈、調(diào)光器等非線(xiàn)性照明設(shè)備●●●●●●●計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)處理設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備等●●●●●●不間斷電源（UPS）單相●●●●●●三相●●●●●醫(yī)療設(shè)備小型診斷治療設(shè)備●●●●●●●大型診斷治療設(shè)備●●●●●●

注：表中●表示該次諧波成分的比例。39

諧波的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)也證明了諧波抑制的復(fù)雜性。原有的諧波污染經(jīng)過(guò)治理，使得電磁環(huán)境得到改善，達(dá)到了諧波限值（允許值）的規(guī)定要求。但是由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需要對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行改造更新，或是系統(tǒng)運(yùn)行方式、設(shè)備電功率、技術(shù)參數(shù)、實(shí)際運(yùn)行設(shè)備臺(tái)數(shù)等的調(diào)整，可能出現(xiàn)諧波頻譜發(fā)生變化，因此，對(duì)重點(diǎn)諧波監(jiān)控治理單位，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供電系統(tǒng)的諧波電壓、電流以及單次諧波含有率等諧波畸變率參數(shù)并進(jìn)行全面分析評(píng)估，以便有針對(duì)性地進(jìn)行諧波治理，就顯得非常必要了。402.評(píng)估方法（1）評(píng)估的目的將電網(wǎng)中的諧波電壓限制在對(duì)所有設(shè)備不致造成有害影響的水平，以保持供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。（2）諧波限制目標(biāo)值

◆供電系統(tǒng)一般采用各次諧波電壓含有率≤3%，電壓總諧波畸變率≤5%的允許值作為評(píng)估目標(biāo)值。

◆這主要是基于對(duì)交流電動(dòng)機(jī)、電力電容器等在諧波作用下，等效發(fā)熱和絕緣老化的研究，并考慮電子計(jì)算機(jī)等對(duì)電源波形的要求而確定的。（3）評(píng)估的簡(jiǎn)化方法41①北京地區(qū)規(guī)定——符合下列條件之一時(shí)，可不經(jīng)諧波核算，允許直接接入中壓電網(wǎng)?！馪n＜0.1MVA●Pn/Si＜15%

式中：Pn——諧波源的額定容量之和（MVA）；

Si——第i個(gè)用電單位的協(xié)議用電量（MVA）?！?dāng)用電單位的諧波源僅為整流設(shè)備并符合下列規(guī)定時(shí)，可直接接入電網(wǎng)。

◆6/10kV中壓用電單位，三相整流器容量不超過(guò)下表規(guī)定時(shí)；6/10kV電壓等級(jí)允許整流器容量接入系統(tǒng)的電壓等級(jí)（kV）三相整流器的容量（kVA）3脈動(dòng)6脈動(dòng)12脈動(dòng)6/103580230420.22/0.38kV電壓等級(jí)整流器的諧波電流限值諧波次數(shù)奇次偶次3579111315≤n≤392468≤n≤40最大諧波電流（A）2.301.140.770.400.330.210.15×15/n1.080.430.300.23×8/n◆0.22/0.38kV低壓用電單位，單相整流器容量不大于3.5kVA，三相整流器容量不大于10.5kVA，且不超過(guò)下表規(guī)定的諧波電流限值時(shí)；

——濾波器的裝設(shè)判定◆產(chǎn)生諧波的設(shè)備功率之和占全部設(shè)備總功率的比率超過(guò)15%時(shí)?！羧吭O(shè)備實(shí)際低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生諧波的運(yùn)行設(shè)備功率之和與全部運(yùn)行設(shè)備總功率的比率超過(guò)15%時(shí)。◆

單次諧波電壓超過(guò)2%或總諧波電壓超過(guò)3%時(shí)。濾波補(bǔ)償用電力電容器和電抗器，應(yīng)具有能承受系統(tǒng)出現(xiàn)的最大過(guò)電流和過(guò)電壓能力。投切裝置應(yīng)采用專(zhuān)用接觸器或加大投切接觸器容量等措施。◆

當(dāng)非線(xiàn)性負(fù)荷容量占配電變壓器容量的比例較大（如超過(guò)50%）設(shè)備的自然功率因數(shù)較高時(shí)，宜在變壓器低壓配電母線(xiàn)側(cè)集中裝設(shè)有源電力濾波器。43②IEC文件中建議對(duì)中壓系統(tǒng)畸變負(fù)荷的諧波發(fā)射限值分三級(jí)處理，第一級(jí)是以用電單位協(xié)議容量（Si）與公共連接點(diǎn)的短路容量（Ssc）之比來(lái)判斷。符合下列條件時(shí)允許直接接入中壓電網(wǎng)。

Si/Ssc≤0.1%③法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定在中壓電網(wǎng)中可直接接入的諧波源負(fù)荷容量（P）為：

P≤0.5MVA

P≤1%SSC44（4）配置電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)

諧波問(wèn)題的復(fù)雜性、多變性，使得在工程設(shè)計(jì)階段不可能進(jìn)行實(shí)際諧波測(cè)量，而難于取得供配電系統(tǒng)的實(shí)際諧波含量。而取得諧波畸變率等參數(shù)對(duì)保證系統(tǒng)正常運(yùn)行又是非常需要的。

①重點(diǎn)諧波監(jiān)控治理行業(yè)（諧波污染大戶(hù)）在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中宜裝設(shè)有可監(jiān)測(cè)包含諧波畸變率的電力參數(shù)監(jiān)控器?！羞\(yùn)算諧波數(shù)據(jù)、功能檢測(cè)、功率因數(shù)、峰值系數(shù)、畸變功率、電壓和電流諧波畸變率、單次諧波畸變率、諧間波，并可實(shí)時(shí)提供電流和電壓的頻譜分析?！哂行Ｕ⒔y(tǒng)計(jì)檢測(cè)、顯示、通信等功能。

45注：1）監(jiān)測(cè)回路配置的電力參數(shù)監(jiān)控儀功能：2）電容器回路配置可通訊的功率因數(shù)控制器功能⊙遙測(cè)⊙遙測(cè)●電流、電壓、功率、電能、功率因數(shù)、頻率、最大/最小等●電流、電壓、功率、功率因數(shù)、諧波●諧波畸變率：THDU和THDI●柜內(nèi)溫度⊙遙信⊙遙信●斷路器分合狀態(tài)、故障狀態(tài)等

●投切步數(shù)、報(bào)警●各種越限報(bào)警3）一般回路配置多回路監(jiān)控單元⊙遙控4）遠(yuǎn)程通訊功能和聯(lián)網(wǎng)●遠(yuǎn)程合分?jǐn)嗦菲?6②為后續(xù)諧波治理提供條件在供配電系統(tǒng)運(yùn)行后，可通過(guò)采集到的諧波畸變率等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提請(qǐng)專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行分析評(píng)估，從而可有針對(duì)性的策劃諧波治理方案。

——諧波檢測(cè)結(jié)果的感性評(píng)估。諧波畸變率（%）結(jié)果分析THDUTHDI＜5＜10正常狀態(tài)，無(wú)故障危險(xiǎn)5～810～50明顯諧波污染，可能發(fā)生一些故障＞8＞50嚴(yán)重諧波污染，很可能發(fā)生故障47三、諧波抑制技術(shù)48——建筑物供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該有效控制諧波源注入電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的諧波含量，降低對(duì)供配電系統(tǒng)的諧波危害。——電力電子設(shè)備裝置的開(kāi)關(guān)特性——強(qiáng)非線(xiàn)性，使其在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量的諧波騷擾◆變壓器、電動(dòng)機(jī)等的損耗增加；◆斷路器誤動(dòng)作；◆繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置不能正常工作；◆中性導(dǎo)體過(guò)熱；◆載流導(dǎo)體的集膚效應(yīng)加重；◆功率因數(shù)降低和電力電容器損壞；◆對(duì)通信系統(tǒng)干擾。49——供配電系統(tǒng)的諧波抑制措施的選擇應(yīng)該根據(jù)達(dá)標(biāo)水平、措施效果、經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)成熟程度等因素，綜合比較后確定。并掌握下列原則◆諧波源的諧波電流發(fā)射量限制與系統(tǒng)諧波治理相結(jié)合；◆諧波抑制與無(wú)功補(bǔ)償相結(jié)合；◆有源濾波與無(wú)源濾波相結(jié)合；◆濾波裝置集中裝設(shè)與分散裝設(shè)相結(jié)合?！扇∠铝写胧?，有針對(duì)性的確定合理、有效、經(jīng)濟(jì)的諧波抑制設(shè)計(jì)方案?！綦姎庀到y(tǒng)的改進(jìn)；◆在供配電系統(tǒng)中采用特殊的電氣裝置或設(shè)備；◆濾波；◆布線(xiàn)系統(tǒng)中屏蔽隔離技術(shù)的采用；◆選擇合適的系統(tǒng)接地型式。50（1）合理的選擇供配電系統(tǒng)配置，優(yōu)化供配電系統(tǒng)運(yùn)行方式。

①將非線(xiàn)性負(fù)荷連接在靠近電源端（短路容量的降低，會(huì)造成諧波干擾的增加）。將非線(xiàn)性負(fù)荷應(yīng)盡可能放在靠近上端的位置（推薦方案）舉例1.電氣系統(tǒng)的改進(jìn)51②將非線(xiàn)性負(fù)荷與敏感負(fù)荷分開(kāi)，并由不同母線(xiàn)供電（盡可能減少互相干擾）。將非線(xiàn)性負(fù)荷歸成組并盡可能放在靠近上端的位置（推薦方案）舉例52

③建立隔離電源，采用隔離變壓器是常用的抑制諧波騷擾的措施?！筛綦x來(lái)自電源的3n次諧波?！蓪⒇?fù)荷與外部電源分隔，并可阻擋外部電源的瞬變電壓傳導(dǎo)通路。通過(guò)隔離變壓器為非線(xiàn)性負(fù)荷供電舉例

53隔離電源的應(yīng)用—UPS電源54④配裝電抗器。

——給變速傳動(dòng)裝置供電時(shí)，安裝線(xiàn)路電抗器使電流變得平穩(wěn)，通過(guò)增加供電線(xiàn)路阻抗，諧波電流得到抑制。55（2）采用專(zhuān)用配電變壓器供電方式或采用專(zhuān)線(xiàn)供電。◆有利于系統(tǒng)電能質(zhì)量；◆便于集中對(duì)諧波進(jìn)行治理；◆有利于減少對(duì)其它敏感設(shè)備的諧波騷擾。如：——大容量的空調(diào)制冷（暖）系統(tǒng)宜采用專(zhuān)用配電變壓器供電?！娞?、UPS裝置、廣播、擴(kuò)聲系統(tǒng)等宜由專(zhuān)線(xiàn)供電。

56（3）將不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷（單相、兩相負(fù)載）合理分配到各相或分散接到不同的供電點(diǎn)上。①負(fù)荷不平衡，將引起線(xiàn)損及線(xiàn)路電壓損失增大。②負(fù)荷較大的－相線(xiàn)圈過(guò)熱，磁路不平衡，會(huì)造成附加損耗。（4）當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理時(shí)，可將諧波源由增大的配電變壓器供電。①諧波畸變率超標(biāo)而又未采取治理措施前，對(duì)變壓器應(yīng)采取降容使用。當(dāng)供電負(fù)荷中50％為非線(xiàn)性負(fù)荷時(shí)，變壓器容量應(yīng)降低約45％運(yùn)行。②降容是對(duì)諧波造成的電氣設(shè)備的損耗增加并引起設(shè)備過(guò)載所需采取的應(yīng)對(duì)措施（電源電壓畸變率超過(guò)10％時(shí)，變壓器損耗約增加10％～

15％，壽命減少約5％）。57③變壓器的降容率除采用降容率曲線(xiàn)計(jì)算外，還可使用降容系數(shù)計(jì)算法確定：式中：K——降容系數(shù)；n——諧波次數(shù)；In——n次諧波電流；

I1——基波電流；HRn——n次諧波電流含有率。5859變壓器的降容率

（5）諧波敏感的用電設(shè)備不宜布置在諧波源的近旁。

602.采用特殊的電氣裝置或設(shè)備

（1）一般應(yīng)選用D,yn11型接線(xiàn)組別的三相電力變壓器，如SCB系列電力變壓器。在條件允許時(shí)采用有利于抑制諧波作用的K系數(shù)三相電力變壓器?！?/p>

D,yn11接線(xiàn)組別的變壓器，雖有利于抑制諧波，但從降低諧波危害而言并不是理想的選擇。在D接線(xiàn)的繞組內(nèi)雖為3n次諧波提供了通路，但仍以環(huán)流存在，使銅損耗增大從而使變壓器溫升增加?！?/p>

K系數(shù)變壓器特點(diǎn)——中性線(xiàn)按200％相線(xiàn)定額；——采用異型繞組導(dǎo)體截面以降低諧波引起的附加損耗?！厥庠O(shè)計(jì)的鐵芯，以降低鐵損?！?/p>

K系數(shù)法是考慮了頻率因數(shù)，它是用于計(jì)算干式變壓器的非線(xiàn)性負(fù)荷造成諧波影響的最精確和可行的方法。

（2）采用“單位功率因數(shù)變流器”——功率因數(shù)為1的變流設(shè)備。（3）優(yōu)先選用符合諧波電流發(fā)射允許值的設(shè)備。61(4)整流設(shè)備的脈動(dòng)數(shù)的選擇原則◆

功率在250kVA以下的小功率整流裝置，采用0.22/0.38kV供電時(shí)，宜采用6脈動(dòng)整流，容量特別小的裝置可采用單相整流?！?/p>

功率大于250kVA、0.22/0.38kV供電的整流裝置，宜采用12脈動(dòng)整流?！?/p>

功率在1500kVA以下中等容量的整流裝置，采用10kV供電時(shí)，宜采用12脈動(dòng)整流?！?/p>

功率在1500kVA以上，采用10kV供電的整流裝置，宜采用24脈動(dòng)整流。623.濾波諧波濾波是諧波治理的有效裝置。（1）諧波濾波類(lèi)型選擇①交流濾波器主要有有源濾波器、無(wú)源濾波器和混合濾波器。◆

有源濾波器——是電力電子是自動(dòng)控制技術(shù)和高速計(jì)算機(jī)等最新技術(shù)的綜合。通過(guò)逆變器產(chǎn)生一個(gè)與系統(tǒng)中各次諧波大小相等，相位相反的諧波電流注入電網(wǎng)中，以達(dá)消諧目的。有源濾波器用于諧波電流較大，諧波源的諧波頻普較寬（如：大功率整流設(shè)備），諧波源的自然功率因數(shù)較高（如：變頻調(diào)速、核磁共振機(jī)等）時(shí)諧波治理較為合適?！魺o(wú)源濾波器——是利用電容、電抗、電阻元件構(gòu)成諧波電流的濾波器。在諧波頻率下，為一低阻抗回路以吸收諧波，在基波頻率下，提供無(wú)功電流以改善功率因數(shù)。無(wú)源濾波器用于諧波電流和無(wú)功負(fù)荷比較穩(wěn)定，自然功率因數(shù)又較低，頻譜特征明顯，諧波較集中于連續(xù)的三種或以下（如：3、5、7次）的系統(tǒng)中的諧波治理較為合適?！艋旌闲蜑V波器——結(jié)合了無(wú)源濾波器和有源濾波器的優(yōu)點(diǎn)?；旌闲蜑V波器通常是將系統(tǒng)中諧波電流大的恒定部分由無(wú)源濾波器過(guò)濾，而其小諧波電流及波動(dòng)部分由有源濾波器處理，以節(jié)約總體造價(jià)。

63②有源濾波器與無(wú)源濾波器比較

有源濾波器與無(wú)源濾波器相比，有源濾波器具有高度可控性和快速響應(yīng)性，不僅能補(bǔ)償各次諧波，還可抑制電壓閃變，補(bǔ)償無(wú)功電流，性?xún)r(jià)比較為合理。名稱(chēng)有源濾波器無(wú)源濾波器消除諧波能力可濾除多次（2～60次）的諧波電流只能濾除特定的單次諧波系統(tǒng)阻抗變化影響不受影響潛藏諧波放大共振危險(xiǎn)頻率變化影響不受影響諧振點(diǎn)偏移，濾波效果降低負(fù)荷增加影響無(wú)損壞危險(xiǎn)，若諧波量大于補(bǔ)償能力，僅發(fā)生補(bǔ)償效果不足而已?？赡苓^(guò)負(fù)荷而損壞體積小大64③濾波器的技術(shù)指標(biāo)——有源濾波器◆諧波頻譜濾除次數(shù)（不應(yīng)少于50次諧波）；◆功率因數(shù)校正（最高可達(dá)到1.0）；◆對(duì)負(fù)荷變化的瞬間響應(yīng)，全響應(yīng)時(shí)間（不大于10ms）；◆不會(huì)發(fā)生過(guò)載危險(xiǎn)；◆有擴(kuò)展能力（可并聯(lián)工作）?！獰o(wú)源濾波器◆過(guò)載能力強(qiáng)；◆承載容量大。65④治理方式

●集中治理——保護(hù)變壓器的所有非線(xiàn)性設(shè)備；當(dāng)非線(xiàn)性負(fù)荷容量與配電變壓器容量的比例超過(guò)50％，分布區(qū)域較廣且自然功率因數(shù)較高時(shí)，宜在變壓器低壓側(cè)配電母線(xiàn)上集中裝設(shè)。

●分散治理——保護(hù)區(qū)域內(nèi)少量的非線(xiàn)性設(shè)備；僅在一個(gè)區(qū)域內(nèi)有較分散且容量較小的非線(xiàn)性負(fù)荷時(shí)，宜在分配電箱母線(xiàn)上裝設(shè)。

●就地治理——保護(hù)局部區(qū)域內(nèi)的幾臺(tái)重要的非線(xiàn)性設(shè)備。僅有幾臺(tái)大容量的非線(xiàn)性設(shè)備，宜在每臺(tái)諧波源處就地配裝。

6667

典型寫(xiě)字樓的配電系統(tǒng)中，非線(xiàn)性負(fù)荷分布較廣且負(fù)荷容量不是很大，但又很分散，對(duì)諧波源的就地補(bǔ)償很難實(shí)現(xiàn)，因此，適宜采用集中治理或分散治理方式。68設(shè)計(jì)圖例-總補(bǔ)償69有源濾波器安裝位置比較

有源濾波器安裝位置比較表濾波治理方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用建議集中治理經(jīng)濟(jì)；減輕發(fā)電機(jī)、變壓器的負(fù)擔(dān)。諧波仍存在下線(xiàn)的電路中；必須增大電纜的截面。滿(mǎn)足電網(wǎng)的要求；避免在電氣系統(tǒng)的上線(xiàn)注入諧波。分散治理避免增大主低壓開(kāi)關(guān)柜和中間級(jí)開(kāi)關(guān)柜之間的電纜截面；某些次數(shù)的諧波重組后可降低濾波器的容量。負(fù)載到濾波治理點(diǎn)之間仍存在諧波；輸出到負(fù)載的電纜需要增大截面。大型建筑物；對(duì)有規(guī)律地分布在每層或幾層建筑內(nèi)的負(fù)載進(jìn)行濾波治理；給非線(xiàn)性負(fù)載集中供電的幾個(gè)回路。局部治理（就地治理）在諧波源附近消除諧波；減少?gòu)呢?fù)截到電源之間的電纜損耗。需要多臺(tái)濾波器時(shí)投資較大。對(duì)功率較大且數(shù)量有限的非線(xiàn)性負(fù)載進(jìn)行濾波治理。如大功率變頻調(diào)速器、大功率UPS。70

——有源濾波器抑制諧波的實(shí)測(cè)效果（舉例）有源電力濾波器運(yùn)行前輸出側(cè)的電氣考數(shù)

相序U(V)I(A)P(kW)Q(kvar)S(kV.A)PFF(Hz)THDI(%)A相222.432.863.2326.5197.2290.43550.0536.93B相219.132.803.3476.3257.1340.46750.0537.26C相219.133.383.2326.5657.3620.44150.0536.06基波：A相30.92Arms，B相30.76Arms，C相31.34Arms奇次諧波諧波次數(shù)n13579111315171921A相含量（％）1.9534.927.500.856.601.220.372.590.380.29電流（A）30.920.6010.802.320.262.040.380.110.800.120.09B相含量（％）2.9235.147.680.676.551.110.472.460.190.13電流（A）30.760.9010.812.360.212.010.340.140.760.060.04C相含量（％）0.683.436.760.356.150.660.102.290.390.63電流（A）31.340.2110.752.120.111.930.210.030.720.120.20偶次諧波諧波次數(shù)n246810121416182022A相含量（％）1.411.070.610.340.300.660.380.400.420.190.10電流（A）0.440.330.190.110.090.200.120.120.130.060.03B相含量（％）1.210.921.160.270.300.320.130.310.120.200.10電流（A）0.370.280.360.080.090.100.040.100.040.060.03C相含量（％）1.520.861.030.210.400.340.380.400.070.150.07電流（A）0.480.270.320.070.130.110.120.130.020.050.02表中：PF—功率因數(shù)；THDI—電流總諧波畸變率。71有源電力濾波器在運(yùn)行后輸入側(cè)的電氣參數(shù)相序U(V)I(A)P(kW)Q(kvar)S(kV.A)PFF(Hz)THDI(%)A相222.531.903.5345.3716.185－0.49750.056.86B相218.831.903.5225.1456.003－0.51350.057.21C相219.531.883.4885.3296.133－0.49250.057.83基波：A相31.82Arms，B相3.84Arms，C相31.84Arms奇次諧波諧波次數(shù)n13579111315171921A相含量（％）0.782.023.400.0381.631.410.620.240.480.35電流（A）31.820.250.641.080.010.520.450.200.080.150.11B相含量（％）0.643.602.680.121.550.800.150.450.340.16電流（A）31.840.201.150.850.040.490.250.050.140.110.05C相含量（％）1.074.513.350.510.611.100.660.640.140.39電流（A）31.840.341.441.070.160.190.350.210.200.040.12偶次諧波諧波次數(shù)n246810121416182022A相含量（％）1.751.571.240.631.030.750.520.430.180.290.18電流（A）0.560.500.390.200.330.240.170.140.060.090.06B相含量（％）1.411.381.460.411.001.010.500.700.340.300.16電流（A）0.450.440.780.130.320.320.160.220.110.100.05C相含量（％）1.781.441.170.260.220.850.560.800.200.450.28電流（A）0.570.460.370.080.070.270.180.250.060.140.0972（2）電抗器電容器組濾波◆諧振頻率隨電容器組的投入和切出而改變，一旦出現(xiàn)與諧振頻率一致，就不可避免的產(chǎn)生諧振?！綦娙萜髟谂潆娤到y(tǒng)中，若系統(tǒng)存在諧波電流可能導(dǎo)致振蕩并引起電壓的畸變，有時(shí)諧波分量會(huì)被加倍而過(guò)載?！粼陔娙萜骰芈飞洗?lián)抑制諧波電抗器，增加對(duì)高次諧波的阻抗，可避免諧振并可保護(hù)電容器。

73①濾波電抗器的電抗率選擇抑制諧波騷擾和避免串聯(lián)諧振的主要措施是，串聯(lián)一個(gè)電抗器，而濾波電抗器的電抗率參數(shù)又直接關(guān)系著濾波效果。◆電抗器的不同電抗率與諧波次數(shù)和諧振頻率的關(guān)系

計(jì)算方法：電抗率Rr0%3%4%5%6%11%12%諧波次數(shù)n（次）∝5.775.004.474.083.002.88諧振頻率fR（Hz