摘要：各種電器設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，對(duì)電力系統(tǒng)造成污染，造成電網(wǎng)中的諧波。因此，文章分析了諧波的成因和影響，并就目前的諧波處理方法做了簡(jiǎn)要的歸納。

關(guān)鍵詞：電子廠房；諧波；治理

0引言

近年來(lái)，由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，許多電器都采用了非線性可控變流裝置、變頻調(diào)速裝置等配套設(shè)備，從而造成電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量下降。為此，有關(guān)部門必須了解諧波的成因和危害，以便更好地控制和控制電網(wǎng)，提高電力質(zhì)量。

1發(fā)生諧波的主要因素及其諧波源的剖析

1.1發(fā)生諧波的主要因素

目前，電網(wǎng)中的諧波是工頻的整數(shù)倍，而非整數(shù)的基頻的間接諧波，都是影響電網(wǎng)電能質(zhì)量的重要因素。但是，變壓器是電網(wǎng)中最重要的諧波源。它主要是由于激磁電流、鐵心飽和、三相荷磁路不對(duì)稱，導(dǎo)致了三相線圈的線路電壓和線路電流產(chǎn)生三次諧波，特別是在低谷時(shí)，電網(wǎng)的電壓會(huì)逐漸升高，而鐵心飽和則加劇了這種現(xiàn)象，使得諧波產(chǎn)生的頻率越來(lái)越高。后來(lái)大量使用了大量的電容設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，并不是只有零序電流才能引起變壓器的三相線圈，而且還會(huì)擴(kuò)展到整個(gè)電網(wǎng)，導(dǎo)致電容裝置和電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行有一定風(fēng)險(xiǎn)。

1.2諧波源的剖析

電力電子設(shè)備產(chǎn)生的諧波

目前，整流器，變頻器，開(kāi)關(guān)電源，靜態(tài)換流器，可控硅系統(tǒng)和其他 SCR控制系統(tǒng)，是電力電子的基本裝置?；驹O(shè)備和電路都是應(yīng)用于工業(yè)和日常生活中的基本設(shè)備和線路，感性負(fù)荷的單相整流電路是只有奇次諧波的電流源。另外，在電容電壓經(jīng)二極管正向電源反映的情況下，將其歸類為電容性負(fù)荷，而諧波的數(shù)目則與電容的數(shù)值有關(guān)，也就是電容值的增大，從而使諧波的數(shù)目增加。

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可飽和設(shè)備

可飽和裝置是一種非線性裝置，把電弧裝置與電力電子裝置作比較，在不飽和狀態(tài)下，可飽和裝置的諧波振幅可以忽略不計(jì)。其中變壓器，電動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)等屬于飽和裝置。

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電弧爐及其氣體電光源設(shè)備產(chǎn)生的諧波

首先，中電弧爐設(shè)備對(duì)熔煉金屬的加工過(guò)程中存在著較多的諧波。其次，利用氣體放電的電壓特征，對(duì)電光源進(jìn)行氣體放電。由此得出的非線性特性是負(fù)的伏安特性。由于鎮(zhèn)流器的非線性特性，三次諧波的頻率都在百分之二十以上，這是一個(gè)需要奇次諧波的特殊對(duì)稱函數(shù)，而電流源就是全部的氣體來(lái)源。

2諧波產(chǎn)生的干擾

2.1諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響

首先，會(huì)增加電力消耗，縮短設(shè)備試用時(shí)間，異常接地保護(hù)功能和遠(yuǎn)程控制功能，線路和設(shè)備發(fā)熱，尤其是三次諧波會(huì)產(chǎn)生很大的中性線，從而使配電變壓器的零線電流超過(guò)相線，從而使設(shè)備無(wú)法正常工作。因此，諧波也會(huì)引起電網(wǎng)內(nèi)的共振，從而導(dǎo)致電力供應(yīng)停止、情況嚴(yán)重、電網(wǎng)分裂等。其次，由于共振導(dǎo)致了變電站的部分并聯(lián)和串聯(lián)，從而導(dǎo)致了變壓器設(shè)備的故障；導(dǎo)致變壓器、電纜、電動(dòng)機(jī)等設(shè)備的溫度升高、電容器受損，從而加速絕緣材料的質(zhì)量變化；使斷路器的電弧熄火時(shí)間延長(zhǎng)，使其不能正常啟動(dòng)；造成電器持續(xù)電氣保護(hù)或有源設(shè)備操作錯(cuò)誤；阻礙了電子儀器和通訊系統(tǒng)正常工作，降低了通訊品質(zhì)，提高了近地電磁振動(dòng)。

2.2對(duì)用電安全造成的影響

第一，火災(zāi)會(huì)帶來(lái)災(zāi)難?；馂?zāi)事故一般都是由電網(wǎng)的諧波引起的。目前節(jié)能燈和調(diào)光器在節(jié)能燈和調(diào)光器上都有很大的應(yīng)用，一開(kāi)始是為了節(jié)省能量，但后來(lái)這些設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生諧波，從而增加了電力系統(tǒng)的危險(xiǎn)性。經(jīng)過(guò)測(cè)試，酒店、寫字樓、小區(qū)等使用了大量的電子設(shè)備，如果不進(jìn)行過(guò)濾等措施，那么中性線的電流就會(huì)變得很大，甚至?xí)霈F(xiàn)短路的危險(xiǎn)。

第二，相關(guān)設(shè)備的損壞。電氣設(shè)備上的污垢，會(huì)對(duì)繼電保護(hù)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、精密儀器、機(jī)器等設(shè)備產(chǎn)生故障，使設(shè)備無(wú)法正常工作，縮短設(shè)備使用壽命，從而使繼電保護(hù)工作發(fā)生不可預(yù)見(jiàn)的損失，從而產(chǎn)生各種干擾。

第三，通訊中斷。造成其電網(wǎng)擾動(dòng)的主要原因是由于諧波的產(chǎn)生，以及通過(guò)通信線路的基本電感和電磁感應(yīng)引起的干擾。它的諧波頻率越高，就越容易產(chǎn)生干擾，造成通訊線路上的音頻干擾。然后再通過(guò)屏蔽線進(jìn)行通訊，基本消除了靜電感應(yīng)的影響，但終究無(wú)法消除干擾。

2.3諧波對(duì)于電氣設(shè)備產(chǎn)生的影響

第一，電容器的作用。但由于電容器占電網(wǎng)的比例較大，所以僅參考了無(wú)功補(bǔ)償量，并沒(méi)有參考實(shí)際的電能質(zhì)量污染情況。目前，運(yùn)行點(diǎn)的電力品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，經(jīng)常會(huì)發(fā)生一些事故，例如：不能安裝補(bǔ)償裝置，不能單獨(dú)設(shè)置電容器的保護(hù)保險(xiǎn)絲，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生串聯(lián)并聯(lián)共振，引起電容器的諧波和過(guò)電流，使電容器產(chǎn)生裂紋。

第二個(gè)因素是，變壓器會(huì)有效果。諧波電流會(huì)在變壓器內(nèi)產(chǎn)生，導(dǎo)致銅損耗增加，局部過(guò)熱，振動(dòng)，聲音增大，繞組附加過(guò)熱等。其變壓器的諧波電流中含有勵(lì)磁電流，使得合閘涌流后的諧波電流升高，產(chǎn)生諧波，從而引起諧波，從而影響到變壓器的正常使用。

第三，同步發(fā)電機(jī)的作用。同時(shí)，由于同步發(fā)電機(jī)內(nèi)部的負(fù)序電流和諧波電流的涌入，會(huì)產(chǎn)生額外的損失，從而使發(fā)電機(jī)出現(xiàn)局部發(fā)熱，從而使絕緣強(qiáng)度下降。由于在輸出電壓波形中會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的諧波成分，從而使負(fù)載同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子出現(xiàn)扭振，從而縮短了使用壽命。

第四，對(duì)斷路器的作用。局部斷路器磁吹繞繞組失效是由于諧波引起的，使屏蔽性能下降，無(wú)法屏蔽波形失真比常規(guī)控制的失效電流大，從而引起中壓斷路器的阻流，從而產(chǎn)生諧波涌波和重燃現(xiàn)象，從而使斷路器觸點(diǎn)斷開(kāi)。

第五種是由 Automatic引起的效果。目前，隨著數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，許多精密負(fù)荷的應(yīng)用也越來(lái)越嚴(yán)格。因此，如果電能質(zhì)量被污染，將會(huì)在監(jiān)控模塊中引發(fā)畸變，擾亂一般的分解計(jì)算，造成錯(cuò)誤的輸出結(jié)果。

3電子廠房諧波的治理策略

3.1采取主動(dòng)措施，減少電子設(shè)備諧波含量

多脈波變流技術(shù)

對(duì)于功率最大的電器，通常會(huì)將原來(lái)的六脈波變換為十二、二十四脈沖，以減少交流側(cè)的諧波。

脈寬調(diào)制技術(shù)

其基本思想是控制 PWM輸出波形的各個(gè)變換時(shí)間，保證四分之一波形的相等。將應(yīng)當(dāng)消除的諧波振幅變?yōu)?，基波幅值達(dá)到給量化，從而達(dá)到消除特定的諧波并控制基波振幅的目的。

多電平變流技術(shù)

采用移相多重法、順序控制和不對(duì)稱多重控制等方法，將方波電流與電壓疊加，從而使得變流器在交流電網(wǎng)一側(cè)產(chǎn)生接近于正弦波形的電流和電壓，并且保持一定的相位相關(guān)。

3.2安裝電力濾波器，提高濾波性能

傳統(tǒng)無(wú)源濾波器

無(wú)源濾波器即 PPF采用電容與電抗器構(gòu)成的 LC調(diào)諧電路，它能提供一種并聯(lián)的低電阻通道，從而達(dá)到濾波效果。采用電容可以對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，從而使電網(wǎng)的功率因數(shù)發(fā)生變化。由于 PPF結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、運(yùn)行費(fèi)用低、技術(shù)要求低等優(yōu)點(diǎn)，成為電力品質(zhì)變化的主要手段。由于結(jié)構(gòu)的原因，使得 PPF存在著很多難以求解的問(wèn)題，比如：濾除特定的諧波，窄的諧波補(bǔ)償頻段，低的平滑度，大的空間。

新型有源濾波器

有源濾波器相關(guān)的基本原理。主要是通過(guò)對(duì)電網(wǎng)的諧波進(jìn)行檢測(cè)，然后控制逆變器產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)償電流，從而達(dá)到消除諧波的目的。而并聯(lián) APF更適用于具有感應(yīng)電流源的負(fù)載補(bǔ)償。串聯(lián)式 APF適用于消除電壓型諧波源負(fù)載，如帶電容的二極管整流器。串-并聯(lián)型有源濾波器兼顧有串和并聯(lián)有源濾波器的特點(diǎn)。APF特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，不能與電網(wǎng)的阻抗產(chǎn)生串聯(lián)或并聯(lián)共振，而且對(duì)外部電路的共振有一定的阻尼效果。此外， APF的操縱性和響應(yīng)速度都很高，不僅能補(bǔ)償諧波，還能抑制無(wú)功電流，性價(jià)比很高。?

混合型濾波器

混合型電力濾波器是將有源和被動(dòng)兩種濾波器有機(jī)地結(jié)合起來(lái)的。由于有源濾波器不能繼續(xù)承受電網(wǎng)的電壓和負(fù)荷，只會(huì)造成負(fù)荷和電網(wǎng)電壓的高次諧波隔離，因此有源濾波器的容量很少，如果采用串聯(lián)有源濾波器，使高次諧波阻抗增大，對(duì)基波沒(méi)有任何影響，可以通過(guò)改變?yōu)V波器的濾波效果，避免與電網(wǎng)發(fā)生共振，缺點(diǎn)在于，有源濾波器的性能依賴于電流互感器的特性。

4安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)在電子廠房的解決方案

安科瑞電氣提出的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)解決方案可滿足電力監(jiān)控管理、運(yùn)維與電能質(zhì)量治理等方面的需求，致力于為電子廠房提供一站式的整體解決方案，從產(chǎn)品、系統(tǒng)、服務(wù)等不同方面來(lái)滿足電子廠房的需要，為電子廠房的整體運(yùn)作創(chuàng)造價(jià)值。

4.1方案特點(diǎn)

電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)除了作為一個(gè)局域網(wǎng)終端，向用戶提供電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、治理和設(shè)備維護(hù)等方面，還可以通過(guò)AcrelEMS-SEMI公司的能源效率管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶的遠(yuǎn)程在線服務(wù)；

采用全控制技術(shù)，達(dá)到優(yōu)質(zhì)的電能品質(zhì)；

電力品質(zhì)專用監(jiān)控：對(duì)電力品質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，精度高，測(cè)量精度高，滿足IEC61000-4-30要求；

電力品質(zhì)監(jiān)控及治理系統(tǒng)的設(shè)備采用一體化的設(shè)計(jì)，可以通過(guò)上層的平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和閉環(huán)的控制；

優(yōu)質(zhì)電能質(zhì)量管理：配套的電力電子設(shè)備技術(shù)過(guò)硬，質(zhì)量過(guò)硬，具有網(wǎng)絡(luò)化、可調(diào)節(jié)、快速響應(yīng)等特點(diǎn)；

電力管理務(wù)一體化：電力系統(tǒng)的管理與運(yùn)維、電能分析與電能質(zhì)量信息的共享與協(xié)調(diào)，為電力設(shè)備的供電和使用提供了有效的控制手段。

4.2方案價(jià)值

全面監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量，保障供電可靠性

全面監(jiān)控電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，保證電力供應(yīng)滿足規(guī)范的使用。微秒級(jí)的故障錄波和 SOE報(bào)警可以實(shí)時(shí)地將所有的數(shù)據(jù)信息記錄下來(lái)，從而為故障的跟蹤和定位提供了有力的支撐。

完整電能質(zhì)量治理

采用集中+現(xiàn)場(chǎng)（終端）一體化的電力品質(zhì)管理方式，更好地解決了電網(wǎng)的無(wú)功、諧波問(wèn)題，改善了電力系統(tǒng)的電力品質(zhì)，降低了其他電力供應(yīng)和生產(chǎn)設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。

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5安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理產(chǎn)品選型

5.1集中治理

針對(duì)電子廠房行業(yè)配電系統(tǒng)中涉及到的空調(diào)、風(fēng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)等電器設(shè)備及數(shù)量較多的計(jì)算機(jī)等網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，為減少諧波對(duì)電網(wǎng)側(cè)的危害，同時(shí)確保無(wú)功功率因數(shù)達(dá)到國(guó)標(biāo)要求值，避免罰款，可采用配電房集中治理的方式，同時(shí)也可對(duì)整個(gè)低壓供配電系統(tǒng)進(jìn)行電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)，其中包含諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測(cè)等，其集中治理的產(chǎn)品選型見(jiàn)表1。

表1電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及集中治理產(chǎn)品選型表

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5.2末端治理

單晶爐、多晶爐、 IC測(cè)試臺(tái)、 PLC控制機(jī)械手、晶圓晶圓機(jī)、變頻晶圓機(jī)、晶圓機(jī)、變頻器等，都會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，這些諧波不僅會(huì)導(dǎo)致機(jī)器本身的故障，還會(huì)導(dǎo)致其他電路的發(fā)熱、誤動(dòng)作、供電電壓不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)線停機(jī)，半成品報(bào)廢。這是一個(gè)巨大的損失。此外，外延設(shè)備、擴(kuò)散設(shè)備、離子注入設(shè)備的頻繁加、卸等，都會(huì)加劇電力系統(tǒng)的使用狀況。根據(jù)以上負(fù)荷狀況，提出了在各主要設(shè)備配電箱加裝電能質(zhì)量補(bǔ)償裝置，以實(shí)現(xiàn)終端治理諧波，同時(shí)也不會(huì)對(duì)其它電力設(shè)備造成影響。其最終處理方法的選擇如表2所示。

表2末端治理產(chǎn)品選型表

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6結(jié)論

諧波污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，引起了所有人的高度重視，而且我們已經(jīng)摸清了當(dāng)前諧波的真實(shí)情況，并提出了相應(yīng)的解決辦法，為了有效地降低諧波的影響，我們必須對(duì)不同的諧波源進(jìn)行相應(yīng)的濾波。

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