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(diǎn)，實(shí)際測(cè)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(lái)電力電子技術(shù)以其節(jié)能、高效、便于操控的特點(diǎn)，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(jī)、集裝箱岸橋等機(jī)械設(shè)備。但是，這些新技術(shù)的使用不可避免的對(duì)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(gè)不可避免的問(wèn)題。某公司對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行了電能質(zhì)量測(cè)試，從測(cè)試情況看，其中大部分重型設(shè)備都會(huì)向配電系統(tǒng)注入5次、7次等諧波。高次諧波對(duì)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生各種危害，例如，變壓器過(guò)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(shí)際測(cè)試的結(jié)果，分析港口諧波源的特點(diǎn)，并提出相應(yīng)的治理措施。

2、諧波概述

國(guó)標(biāo)《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波GB/T 14549-93》對(duì)諧波（分量）的定義是：對(duì)周期性交流分量進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解得到頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的分量?？傊C波畸變率(THD)作為衡量用電質(zhì)量的一個(gè)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(duì)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(hù)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和精密機(jī)械或儀器正常的運(yùn)行、操作，降低這些設(shè)備的使用壽命，甚至引起繼電保護(hù)誤動(dòng)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(duì)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(duì)2次以上的諧波有逐漸增大的衰減特性，達(dá)到9次時(shí)已衰減掉80％以上。

（2）諧波污染對(duì)電網(wǎng)的影響

電網(wǎng)無(wú)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(jì)大多只考慮無(wú)功補(bǔ)償量，不考慮裝設(shè)點(diǎn)電能質(zhì)量的實(shí)際污染情況，因此，運(yùn)行點(diǎn)電能質(zhì)量指標(biāo)低時(shí)，常造成一些事故，如補(bǔ)償裝置投不上、電容器使用壽命降低、電容器保護(hù)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(guò)電壓與過(guò)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(jìn)行考核，由于存在諧波，還會(huì)對(duì)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(shí)，其功率因數(shù)會(huì)隨著減小。

結(jié)束語(yǔ)

盡管諧波造成危害以各種現(xiàn)象表現(xiàn)出來(lái)，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(shí)，向電網(wǎng)發(fā)射的諧波電流。因此，無(wú)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?yàn)橹C波電流是諧波問(wèn)題的根源，雖然在有些場(chǎng)合諧波治理的目標(biāo)是保證電網(wǎng)的電壓畸變率滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但是最終仍然落實(shí)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(wèn)題都迎刃而解。由于消除了諧波源，原來(lái)的配電系統(tǒng)就像工作在傳統(tǒng)的線性負(fù)載條件下，沒(méi)有任何隱患。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，由于進(jìn)行了諧波治理，無(wú)論進(jìn)行配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還是進(jìn)行制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，都可以按照傳統(tǒng)的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，而不用考慮諧波帶來(lái)的種種風(fēng)險(xiǎn)。大部分發(fā)達(dá)國(guó)家按照這個(gè)策略開(kāi)展諧波治理。達(dá)到這個(gè)目的的管理措施在采購(gòu)設(shè)備時(shí)，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(shí)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(lái)，構(gòu)成一個(gè)性價(jià)比高的方案。對(duì)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(jìn)行就地諧波治理，可減小向電網(wǎng)注入的諧波電流。對(duì)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(jì)方案時(shí)，可以根據(jù)配電系統(tǒng)具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，以期達(dá)到一個(gè)完美的諧波治理效果。

文章來(lái)源：《電氣傳動(dòng)自動(dòng)化》2014年第6期

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