港口配電系統(tǒng)諧波分析及其治理措施

摘 要 ：介紹了港口配電系統(tǒng)的諧波源及其特點，實際測量諧波源的諧波數(shù)據(jù)分析，港口諧波治理措施。

關(guān)鍵詞 ：港口 諧波源 諧波治理 有源電力濾波器

Analysis of Harmonics in Harbour and Control Measures

Abstract：This thesis introduce the harmonic sources and their characteristics of port distribution system；Analysis of the data that actual measurement of harmonic sources；Port harmonics control measures.

Key words：Harbour Harmonics source Harmonics control Active power filter

1 引言

近年來電力電子技術(shù)以其節(jié)能、高效、便于操控的特點，在港口的配電系統(tǒng)中已經(jīng)廣泛的被應(yīng)用，尤其是整流、變頻以及能量回饋等技術(shù)已經(jīng)大量應(yīng)用于門機、集裝箱岸橋等機械設(shè)備。但是，這些新技術(shù)的使用不可避免的對港口的配電系統(tǒng)產(chǎn)生大量干擾，特別是諧波干擾已經(jīng)成為一個不可避免的問題。某公司對配電系統(tǒng)進行了電能質(zhì)量測試，從測試情況看，其中大部分重型設(shè)備都會向配電系統(tǒng)注入5次、7次等諧波。高次諧波對系統(tǒng)會產(chǎn)生各種危害，例如，變壓器過熱、噪音增大，電容器頻繁鼓肚、導(dǎo)致功率因數(shù)低，電纜發(fā)熱嚴(yán)重等。本文根據(jù)實際測試的結(jié)果，分析港口諧波源的特點，并提出相應(yīng)的治理措施。

2、諧波概述

國標(biāo)《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波GB/T 14549-93》對諧波（分量）的定義是：對周期性交流分量進行傅立葉級數(shù)分解得到頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的分量。總諧波畸變率(THD)作為衡量用電質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，它的定義是：周期性交流量中的諧波含量的方均根值與其基波分量的方均根值之比（用百分?jǐn)?shù)表示）。電壓總諧波畸變率以THDu表示；電流總諧波畸變率以THDi表示。

3、諧波對港口配電系統(tǒng)的影響

（1）設(shè)備影響

諧波使配電系統(tǒng)遭到污染，這都可能影響繼電保護、計算機系統(tǒng)和精密機械或儀器正常的運行、操作，降低這些設(shè)備的使用壽命，甚至引起繼電保護誤動作而形成不必要的事故，造成不同程度的影響和損害，特別是對感應(yīng)型電能表的影響。相關(guān)研究表明，感應(yīng)型電能表對2次以上的諧波有逐漸增大的衰減特性，達(dá)到9次時已衰減掉80％以上。

（2）諧波污染對電網(wǎng)的影響

電網(wǎng)無功配置容量中電容器所占比例最大，其中用戶電容器約占全部電容器的2/3。這部分電容器的設(shè)計大多只考慮無功補償量，不考慮裝設(shè)點電能質(zhì)量的實際污染情況，因此，運行點電能質(zhì)量指標(biāo)低時，常造成一些事故，如補償裝置投不上、電容器使用壽命降低、電容器保護熔絲熔斷，甚至發(fā)生串并聯(lián)諧振，引發(fā)電容器的諧波過電壓與過電流，導(dǎo)致電容器爆炸等。用戶電容器的管理仍按平均功率因數(shù)進行考核，由于存在諧波，還會對功率因數(shù)產(chǎn)生影響，一般的，設(shè)備的輸入功率因數(shù)：。從該式可以看出，當(dāng)電流、電壓發(fā)生畸變時，其功率因數(shù)會隨著減小。

結(jié)束語

盡管諧波造成危害以各種現(xiàn)象表現(xiàn)出來，但是導(dǎo)致這些危害的根本原因是諧波電流。即非線性設(shè)備工作時，向電網(wǎng)發(fā)射的諧波電流。因此，無論諧波治理的最終目的是什么，其本質(zhì)就是減小負(fù)載(可能是一組負(fù)載)向電網(wǎng)注入的諧波電流，也就是使電流波形盡量畸變小，因為諧波電流是諧波問題的根源，雖然在有些場合諧波治理的目標(biāo)是保證電網(wǎng)的電壓畸變率滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，但是最終仍然落實到諧波電流的控制上。

諧波治理的最佳位置是在非線性負(fù)載的電源入口，這樣相當(dāng)于將非線性負(fù)載轉(zhuǎn)變成了線性負(fù)載，諧波導(dǎo)致的一切問題都迎刃而解。由于消除了諧波源，原來的配電系統(tǒng)就像工作在傳統(tǒng)的線性負(fù)載條件下，沒有任何隱患。對于設(shè)計人員來說，由于進行了諧波治理，無論進行配電系統(tǒng)的設(shè)計，還是進行制造系統(tǒng)的設(shè)計，都可以按照傳統(tǒng)的規(guī)范進行設(shè)計，而不用考慮諧波帶來的種種風(fēng)險。大部分發(fā)達(dá)國家按照這個策略開展諧波治理。達(dá)到這個目的的管理措施在采購設(shè)備時，提出滿足GB17625標(biāo)準(zhǔn)。

雖然在非線性負(fù)載的電源入線端治理諧波是最佳方案，但是這種方案可能成本較高，根據(jù)實際系統(tǒng)情況，可以采用靈活的方案。通常，可以將就地諧波治理與部分諧波治理結(jié)合起來，構(gòu)成一個性價比高的方案。對于功率較大的諧波源負(fù)載(例如變頻器等)，采用有源濾波器進行就地諧波治理，可減小向電網(wǎng)注入的諧波電流。對于功率較小，比較分散的非線性負(fù)載，在母線上統(tǒng)一治理。在設(shè)計方案時，可以根據(jù)配電系統(tǒng)具體情況進行設(shè)計，以期達(dá)到一個完美的諧波治理效果。

文章來源：《電氣傳動自動化》2014年第6期

參考文獻

[1]能源部電力司.GB/T14549-93電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1994.

[2]中國聯(lián)合工程公司.GB50052-2009供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2010.

[3]趙殿波.淺談港口電力系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生與抑制[J].天津科技,2009,(04)

[4]曹濤，張蕾.醫(yī)療建筑諧波分析及治理措施[J].建筑電氣2013(10)

[5]謝漢章.港口電網(wǎng)諧波的認(rèn)識及其對策[J].電機電器技術(shù)2002(1)