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產品知識

淺談諧波及無源濾波與有源濾波

一、諧波源及類型
1.如果在設備上外加正弦交流電壓，產生的電流卻不是正弦交流電流，這樣的設備就稱為非線性阻抗設備，簡稱非線性設備。含有諧波成分的交流電就不是正弦波形，所以非線性設備也稱為諧波源；
2.工業電網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波形上都會產生波形變化，一個周期里就有六個非正弦的波形，所以稱為六脈波設備。六脈波設備的諧波很有規律，會產生六的倍數加減1次數的諧波，即5、7、11、13、17、19……次諧波，而且隨著諧波次數升高諧波幅值會逐漸降低，所以通常需要處理5、7、11、13次諧波。這類設備包括有三相橋式整流器的設備、比如UPS電源、變頻器、直流驅動器、軟啟動器等等是目前工業用電設備中常見的一類諧波源。類似工業電弧爐這樣的設備工作時，電流波形變化很頻繁，會分解出次數和幅值不斷變化的諧波；
3.非線性的單相設備，比如帶有單相整流環節的電子儀器等等，因為三相不對稱原因會在零線上形成3次零序諧波。
二、諧波對電力系統和各種電氣設備的危害
諧波容易使電網與補償電容器之間發生并聯諧振或串聯諧振，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，甚至引起嚴重事故。諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作、熔絲非正常熔斷，同時也會導致電氣測量儀表計量不準確；諧波還會造成變壓器、電動機等機械振動，噪聲、溫升增加，絕緣壽命縮短；以及引起設備和線路額外發熱，增加損耗、加速絕緣老化、降低使用壽命。諧波通過電磁感應和傳導耦合等方式會對鄰近的通信系統產生干擾，輕者引進噪聲，降低通信質量；重者導致信息丟失，使通信系統無法正常工作；諧波能延緩電弧熄滅，造成事故擴大，導致三相四線系統中的中線電流增加，引發系統故障甚至事故；諧波會引起生產設備運行不穩定，造成產品不合格率上升，降低企業效益。諧波影響各種電氣設備的正常工作。據統計，由于諧波而破壞的電氣設備中，并聯電容器約占70%，其中串聯電抗器約占30%。諧波電流使電力系統中的元件產生了附加的諧波損耗，降低了發電、輸電、用電的使用效率。
三、諧波治理及無源濾波與有源濾波的區別
1.目前諧波治理的技術主要有無源濾波技術和有源濾波技術兩種；
2.無源濾波技術是目前應用較為普遍的諧波抑制手段，它是按照希望抑制的諧波次數專門量身制造的，采用電感、電容的調諧原理，將諧波陷落在濾波器中，以減少對電網的注入。無源濾波裝置結構簡單，成本較低，技術已比較成熟，但是也存在著難以克服的缺陷：
1.濾波特性受系統參數的影響較大，易與系統或者其它濾波支路發生串并聯諧振；
2.濾波、無功補償、調壓等要求之間有時難以協調；
3.只能抑制特定的幾次諧波，而對其他的某次諧波則會產生放大作用；
4.諧波電流增大時，濾波器負擔隨之加重，可能造成濾波器過載，甚至損壞設備；
5.有效材料消耗多，體積大。
五、有源濾波技術作為一種新型的諧波治理方法，是抑制諧波污染、提高電能質量的有效工具，與無源濾波技術相比，有著無可比擬的優勢，主要表現在以下幾個方面。
1.實現了動態補償，可對頻率和大小均變化的無功功率進行補償，對補償對象的變化有快的響應速度；
2.有源濾波裝置是一個阻抗電流源，它的接入對系統阻抗不會產生影響，因此此類裝置適合系列化，規模化生產；
3.當電網結構發生變化時裝置受電網阻抗的影響不大，不存在與電網阻抗發生諧振的危險，同時能抑制串并聯諧振；
4.補償無功功率時不需要儲能元件，補償諧波時所需要的儲能元件不大；
5.用同一臺裝置可同時補償多次諧波電流和非整數倍次的諧波電流，既可以對一個諧波和無功源進行單獨補償，也可對多個諧波和無功源進行集中補償；
6.當線路中的諧波電流突然增大時有源濾波器不會發生過載，并且能正常發揮作用，不需要與系統斷開；
7.裝置可以僅輸出所需要補償的高次諧波電流，不輸出基波無功功率，不但減小了有源濾波器的總容量，還可以避免輕負荷時發生無功倒送現象。
六、結束語
隨著電網中非線性負荷及諧波源種類及數量的增加，其產生的諧波也越來越嚴重，急需治理。低成本的無源濾波技術是目前普遍采用的治理諧波的方法，此方法簡單，但存在缺陷。有源濾波技術可以對頻率和幅度都變化的諧波進行治理，但也存在初期投資大、運行效率低的缺點，為此，可以將有源濾波技術和無源濾波技術結合起來使用，既可以使有源濾波器降低，又可彌補無源濾波器的缺陷，是一個好的發展方向。

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