电力系统中的谐波治理及无功补偿

1.谐波
      对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相

同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量被称为谐波。谐
波频率与基波频率的比值

(N=FN/F1)称为谐波次数。谐波实际上是一种干扰量，

使电网受到

”污染”.其频率范围一般为 2≤N≤40。

      2.谐波源
      向公用电网注入谐波电流或在公用电网上产生谐波电压的电气设备称为

谐波源。具有非线性特性的电气设备是主要的谐波源，针对天津港这一特定供电
环境而言，经测试，主要的谐波源是采用交－直－交及变频调速的码头机械，
这些设备取用的电流是非正弦形的，其谐波分量使系统正弦电压产生畸变。谐波
电流的量取决于谐波源设备本身的特性及其工作状况，而与电网参数无关，故
可视为恒流源。各种晶闸管电路产生的谐波次数与其电路形式有关，称为该电路
的特征谐波。除特征谐波外，在三相电压不平衡，触发脉冲不对称或非稳定工作
状态下，上述电路还会产生非特征谐波。进行谐波分析和计算最有意义的是特征
谐波，如

5，7，11，13 次等。

      当电网接有多个谐波源时，由于各谐波源的同次谐波电流分量的相位不

同，其和将小于各分量的算术和。变压器激磁电流中含有

3，5，7 等各次谐波分

量。由于

变压器

的原副边绕组中总有一组为角形接法，为

3 次谐波提供了通路，

故

3 次谐波电流不流入电网。但当各相激磁电流不平衡时，可使 3 次谐波的残余

分量（最多可达

20％）进入电网。3.谐波传输

       对于多电压等级的电网，其谐波的特点是谐波电流由低压侧流向高压

侧，其大小基本上与高压侧参数无关，可视为恒流源。谐波电压由高压侧传输到
低压侧，可视为恒压源。在进行谐波分析时，就是根据这个原则构造电网的谐波
等效电路。

      3.1 电网元件的频率特性
      在谐波频率范围内，由于涡流和漏磁场作用，电网元件的谐波参数要考

虑长线效应，即变压器和导线的等效电阻

R 随频率的上升而增加，等效电感 L

随频率的上升而降低。电缆、导线和电容器的电容

C 基本不随频率变化而保持恒

定。负载阻抗与频率的关系依负载的不同而异。

       3.2 电网等效电路
       电网可以由电网各元件的谐波参数 RN、IN 和 CN 组成等效网络。三相对

称电网的等效电路图通常采用单相表示。根据等效电路计算各频率下的节点导纳
矩阵

YN，求出阻抗 ZN，计算谐波电压 UN=ZNIN。

       4.谐波限值
       为使电网谐波电压保持在允许值以下，必须限制谐波源注入电网的谐

波电流量。大多数工业发达国家相继制定了电网谐波管理的标准或规定。谐波管
理标准的制定是基于电磁相容性的原则，即在一个共同的电磁环境中，电气设
备既能正常工作，又不得过量地干扰这个环境。我国已于

1993 年颁布了限制电

力系统谐波的国家标准《电能质量

:公用电网谐波》，规定了公用电网谐波电压限

值和用户向公用电网注入谐波电流的允许值。

        ５．谐波危险