港口配电系统谐波分析及其治理措施

摘 要 ：介绍了港口配电系统的谐波源及其特点，实际测量谐波源的谐波数据分析，港口谐波治理措施。

关键词 ：港口 谐波源 谐波治理 有源电力滤波器

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

近年来电力电子技术以其节能、高效、便于操控的特点，在港口的配电系统中已经广泛的被应用，尤其是整流、变频以及能量回馈等技术已经大量应用于门机、集装箱岸桥等机械设备。但是，这些新技术的使用不可避免的对港口的配电系统产生大量干扰，特别是谐波干扰已经成为一个不可避免的问题。某公司对配电系统进行了电能质量测试，从测试情况看，其中大部分重型设备都会向配电系统注入5次、7次等谐波。高次谐波对系统会产生各种危害，例如，变压器过热、噪音增大，电容器频繁鼓肚、导致功率因数低，电缆发热严重等。本文根据实际测试的结果，分析港口谐波源的特点，并提出相应的治理措施。

2、谐波概述

国标《电能质量 公用电网谐波GB/T 14549-93》对谐波（分量）的定义是：对周期性交流分量进行傅立叶级数分解得到频率为基波频率大于1整数倍的分量。总谐波畸变率(THD)作为衡量用电质量的一个重要指标，它的定义是：周期性交流量中的谐波含量的方均根值与其基波分量的方均根值之比（用百分数表示）。电压总谐波畸变率以THDu表示；电流总谐波畸变率以THDi表示。

3、谐波对港口配电系统的影响

（1）设备影响

谐波使配电系统遭到污染，这都可能影响继电保护、计算机系统和精密机械或仪器正常的运行、操作，降低这些设备的使用寿命，甚至引起继电保护误动作而形成不必要的事故，造成不同程度的影响和损害，特别是对感应型电能表的影响。相关研究表明，感应型电能表对2次以上的谐波有逐渐增大的衰减特性，达到9次时已衰减掉80％以上。

（2）谐波污染对电网的影响

电网无功配置容量中电容器所占比例最大，其中用户电容器约占全部电容器的2/3。这部分电容器的设计大多只考虑无功补偿量，不考虑装设点电能质量的实际污染情况，因此，运行点电能质量指标低时，常造成一些事故，如补偿装置投不上、电容器使用寿命降低、电容器保护熔丝熔断，甚至发生串并联谐振，引发电容器的谐波过电压与过电流，导致电容器爆炸等。用户电容器的管理仍按平均功率因数进行考核，由于存在谐波，还会对功率因数产生影响，一般的，设备的输入功率因数：。从该式可以看出，当电流、电压发生畸变时，其功率因数会随着减小。

结束语

尽管谐波造成危害以各种现象表现出来，但是导致这些危害的根本原因是谐波电流。即非线性设备工作时，向电网发射的谐波电流。因此，无论谐波治理的最终目的是什么，其本质就是减小负载(可能是一组负载)向电网注入的谐波电流，也就是使电流波形尽量畸变小，因为谐波电流是谐波问题的根源，虽然在有些场合谐波治理的目标是保证电网的电压畸变率满足国家标准，但是最终仍然落实到谐波电流的控制上。

谐波治理的最佳位置是在非线性负载的电源入口，这样相当于将非线性负载转变成了线性负载，谐波导致的一切问题都迎刃而解。由于消除了谐波源，原来的配电系统就像工作在传统的线性负载条件下，没有任何隐患。对于设计人员来说，由于进行了谐波治理，无论进行配电系统的设计，还是进行制造系统的设计，都可以按照传统的规范进行设计，而不用考虑谐波带来的种种风险。大部分发达国家按照这个策略开展谐波治理。达到这个目的的管理措施在采购设备时，提出满足GB17625标准。

虽然在非线性负载的电源入线端治理谐波是最佳方案，但是这种方案可能成本较高，根据实际系统情况，可以采用灵活的方案。通常，可以将就地谐波治理与部分谐波治理结合起来，构成一个性价比高的方案。对于功率较大的谐波源负载(例如变频器等)，采用有源滤波器进行就地谐波治理，可减小向电网注入的谐波电流。对于功率较小，比较分散的非线性负载，在母线上统一治理。在设计方案时，可以根据配电系统具体情况进行设计，以期达到一个完美的谐波治理效果。

文章来源：《电气传动自动化》2014年第6期

参考文献

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