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| 时间：2014-9-22 来源：北极星智能电网在线 |
舞台电力系统主要包括舞台灯光、扩声和舞台机械等系统用电。由于用电负荷中大量非线性负载设备的使用，产生了大量谐波电流，对供电电网及用电设备产生了严重的污染,舞台灯光系统中的可控硅调光设备引起的电流波形畸变是主要谐波，对电网造成了非常大的污染。
对可控硅调光设备所产生的谐波进行专项治理，降低其对电网、用电设备的影响，可减少对调光设备本身和舞台扩声、舞台机械自动控制系统等重要电子设备的影响，改善电网质量，确保本单位电力配电系统安全、高效运行。
可控硅调光器是目前舞台照明、电视演播室照明领域的主流设备，它实质上是一个单相的相位控制交流调压器，是一种典型的非线性电气设备。可控硅调光器采用可控硅调光技术对照明系统进行控制，用改变正弦波的触发脉冲导通角度来实现输出电压高低的调整。由于可控硅导通角度的改变，使得调光器输出的电压波形发生了变化，输出的已经不再是周期性的正弦波，而是非正弦波，使电压、电流波形发生了畸变。对该周期性非正弦分量进行傅立叶级数分析可知，可控硅调光过程中输出的负荷电压除含有与电源同频率的基波成分外，还含一系列频率为电源频率奇次倍的高次谐波，这些高次谐波通过导线传导到其它负载，引起了电网电源电压波形畸变，形成对电网系统的谐波污染。
谐波的危害
剧院电源电压波形畸变所造成的电网谐波污染，使电气系统的供、用电设备出现许多异常现象和故障。谐波的危害是多方面的，就舞台电气系统而言,主要有以下几个方面的危害：
(1)舞台扩声系统、舞台机械自动控制系统、电视转播与通讯设备等极易受到电能谐波的干扰，导致失灵、死机、声音与图像严重失真等后果与事故。就舞台灯光可控硅调光系统而言，电能谐波超限将干扰可控硅组件的触发控制的同步，甚至导致同步失败。
(2)电力高次谐波将严重干扰电声学系统的正常功能，特别是人的听力对17次以上高次谐波具有高敏感度，电声系统设备非常需要对高次谐波干扰的消除。
(3)电力谐波易导致电网与补偿电容器发生并联或串联谐振，使谐波放大，使谐波电流放大几倍或十几倍，造成过电流，引起补偿电容器和与之相连的电抗器、电阻器等设备损坏。
(4)在三相四线配电线路中，相线上的3次及奇次谐波在中性线上会叠加，使中性线的电流值可能超过相线上的电流(通常为相线电流的1.5至2.5倍，最大时达到3倍)。相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率，随着谐波次数高频率的上升，电缆导体趋肤效应越发明显，从而导致导体的交流电阻增大，电缆的允许通过电流减小，造成中性线发热，使得断路器额定电流降低与脱扣电流降低，因谐波产生跳闸的误动作。
(5)对于计算机网络、通信、火灾自动报警与剧院自动化等弱电设备，电力系统中的谐波通过电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中，产生干扰。其中电磁感应与静电感应的耦合强度与干扰频率成正比，传导则通过公共接地耦合，有大量不平衡电流流入接地极，从而干扰弱电系统。
3.国家对公用电网谐波电压的限值标准
为了限制谐波的污染，保障公用电网的安全运行，IEEE(美国电气电子工程师学会)和我国从不同角度出发推出了相应的谐波标准。我国早于1993年7月31日颁布了国家标准GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》，把电网中的电压总谐波畸变率及各次谐波含有率控制在允许的范围内，保证供电质量，使接入电网中用户的各种用电器具免受谐波的危害，保持正常工作。
公用电网谐波电压(相电压)限值：引自GB/T14549-1993
评估谐波电压是以电压总谐波畸变率是否超过上述标准为依据，谐波[FS:PAGE]电压治理目标就是要小于表1中的限值。
注入电网公共连接点的谐波电流允许值：引自GB/T14549-1993主要考核用户向供电系统公共连接点注入谐波电流分量(方均根值)不应超过以上规定的允许值。国际标准IEEE519/1992针对诸如机场、医院等重要负荷，规定奇次谐波电流畸变率不大于10%，剧院舞台灯光系统负荷目前一般采用国际标准IEEE519/1992来评判。
舞台电力系统中谐波抑制措施
谐波抑制的措施主要有两种：一是主动治理，即从谐波源本身出发，通过改进用电设备，使其不产生或少产生谐波，目前用备受关注的正弦波电子调光系统取代可控硅调光系统就是一种非常有效的主动治理方式;二是被动治理，本着谁污染、谁治理的原则，即在谐波源端通过安装电力滤波器，阻止谐波注入电网，或者阻止电力系统的谐波流入负载端。
无源滤波器
为抑制可控硅调光中谐波的产生，生产调光器的厂家通常在可控硅的单相输出回路上设置高频电感电容滤波器，减缓电流变化上升的时间，这种在谐波源处滤出谐波的方法，可以较大地减少高次谐波的分量。目前在可控硅单相调光回路中普遍采用L-C无源滤波器，由L与C构成一串联谐振支路，谐振频率f由L(电感)和C(电容)所确定。当LC回路的谐振频率和某一高次谐波电流频率相同时，即可抑制该次谐波流入电网。L-C无源滤波器有投资少、结构简单、运行可靠及维护方便等优点。它在吸收高次谐波的同时，还具有改善功率因数的功能。但是在一个调光回路上厂家只是设计了一个L-C滤波支路，是针对一个谐波电流频率而设置的，而对于多频率的谐波电流，需分别设置多个L-C滤波支路，这样做可能造成彼此相互干扰，又会导致顾此失彼，而且设备量的增加还会产生如滤波器受系统参数的影响，对某些谐波有放大的可能。
有源滤波器
与无源滤波器相比，有源滤波器具有高度补偿可控和快速自适应响应性，能抑制各次谐波，具有动态补偿的特点，弥补了无源滤波器的不足。它有一机多能的作用，性价比较为合理，滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险;更具有自适应功能，可自动跟踪补偿抑制变化中的多次谐波。
在实际应用中，针对谐波产生的原因和强弱进行技术经济分析和设计，可根据谐波的严重性及危害程度，装设必要的L-C无源滤波器、有源滤波器或二者混合使用，从谐波产生的源头上减少谐波的干扰。
并联型有源滤波器实质上是一个补偿受控、快速反应的谐波电流源，与非线性负荷并联，自动检测非线性负荷产生的谐波电流。DSP产生的控制信号控制IGBT高速开关器件，经过输出电抗器，输出与负荷产生的谐波电流大小相等、相位相反的谐波电流，起到补偿谐波的作用，其结果是系统只向负荷提供基波电流。
在进行有源滤波器治理设计时，需根据剧院配电系统和负荷情况的不同，设计不同的解决方案。有源滤波器的安装与谐波源越近，滤波效果越好，这是减小谐波电流和谐波电压畸变的最好办法。但在一些非线性负荷分布负载的场合，可以采取变压器总补偿或二级配电补偿的方案，根据实际情况可配合使用不同方案。有源滤波器安装位置非常灵活，可根据设计需要达到理想的谐波治理效果。
原标题:谐波抑制与有源滤波器在剧场中的应用( 责任编辑：管理员 ) |
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