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。
4 港口测量数据分析
下面是某公司对港口办公区配电系统的测试结果分析。
图1所示为测量点电流波形图以及电流THDi值。该图中由于受负载影响，电流波形畸变很严重，这是电流在正弦波形情况下叠加了各种谐波导致的，从该谐波表格可以详细看到各次谐波含有率，由于港口有大量变频器负载，导致配电系统中5次、7次、11次谐波含量过高。
图1 电流波形图以及电流THDi值
图2所示为电压波形及其谐波表格。电压出现畸变，主要原因是畸变的电流在线路谐波阻抗上产生的，由于电流畸变十分严重，当畸变的电流流经线路阻抗时，会产生畸变的电压降，根据基尔霍夫电压定律可知，在该配电系统上的其他设备也必定是连接到畸变的电压上，从而受到严重影响。
图2 电压波形图以及电流THDi值
图3所示为该港口门机工作时无功需求趋势图以及办公区电能情况。从图3中可以看到，这些设备在空载和负重时所需无功差别大，变化快。左图可以看到，在门机工作时，每隔1分钟左右就会有一次很大的无功需求，传统无功柜采用接触器切投，功率因数控制器(RVC)控制。RVC会设置相应的步进切投时间，一般时间设置会在10s到40s之间，例如ABB低压RVC步进切投时间默认为40s，切投时间太长跟不上负载无功需求，切投时间太短会导致接触器、电容器等元件老化加速。跟据这一特性可知，传统的无功补偿无法跟踪快速变化的负载无功需求，这会导致功率因素数一直很低。功率因数受谐波和快速变化的负载影响，要投入更大的无功补偿或更换新的无功补偿设备，各种成本也会随之上升。
如图4所示，受谐波影响，功率因数普遍不高，平均仅为0.84。
图3 港口门机工作时无功需求趋势图、功率和电能
由以上分析可知，功率因数受到谐波的影响，根据公式
利用计算机仿真可以看出当PF=0.84，THDu=5%时，THDi高达60%。