配電網諧波檢測及補償控制策略探討

摘 要:文章簡要介紹了模擬濾波器法、FBD法、快速傅立葉變換檢測法等幾種諧波檢測方法，并從配電系統改造、設置補償裝置及濾波裝置和計量裝置選擇基波電能表等方面探討了配電網諧波補償控制策略。

關鍵詞:配電網諧波檢測補償控制

中圖分類號:TM5文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)01(a)-0117-01

2010年4月25日，江山市特色工業園區一10kV專用變客戶的高配柜內B相避雷器擊穿，引起該客戶所在的10kV主線路的線路1#開關(真空斷路器)B相樁頭及引線燒斷，引起110kV特色變電所全所電壓諧振，諧振過電壓引起7條10kV線路故障跳閘(線路上部份絕緣性能下降的配變、電纜頭擊穿，花費了3天時間才將故障全部處理好。部份客戶停了3天電。主要原因就是工業園區內客戶專變下的諧波沒有治理好，各種鑄造的中頻爐等消諧措施不足。配電網諧波使設備損耗加大、溫升升高、壽命減小，并且容易干擾設備，引起誤操作。下面筆者簡要介紹配電網諧波的檢測方法和補償控制策略。

1 幾種諧波檢測方法

1.1 模擬濾波器法

諧波檢測方法中應用得最早的是模擬濾波器法，其實現方法有兩種:一種是采用帶通濾波器，得到基波分量，用被檢測的信號減去基波分量即為諧波分量;另一種是采用模擬濾波器將基波分量濾除，余下的即為諧波分量。模擬濾波器雖然實時性好，結構簡單，但其檢測效果一般，尤其在電網頻率波動或電路元件參數變化時效果不佳。所以目前很少使用這種方法。

1.2 FBD法

FBD法是將實際電路中的各相負載等效為串聯在各相的等值電導，其消耗了電路中所有的功率，無其他能量損失。根據等效電導對電流分解，便能算出需補償的電流分量。利用鎖相環生成參考電壓與三相電網電壓相位相同，電流檢測的結果未用到電壓幅值參數，所以不受電壓畸變的影響。FBD法的優點在于算法簡單，實時性好，也不局限于三相電路。

1.3 快速傅立葉變換檢測法

即通過快速傅立葉變換對電壓信號進行頻域分析，將諧波分量分離出來。但此法需要采集一定時間的電流值，還要花一段時間進行分析計算，所以有較長的時間的延遲，檢測的結果滯后，其實時性較差。

1.4 基于人工神經網絡理論的自適應方法

有實驗將人工神經網絡及信號處理中的自適應噪聲對消技術在有源電力濾波器的諧波檢測中進行了應用，從而衍生出基于單個神經元的自適應諧波電流檢測方法，通過神經元的自適應和自學習等功能，可大大降低諧波電流檢測過程中的誤差。但此法由于需要軟件運算，降低了在線檢測速度，并且目前還沒有在實際中運用的實例。

1.5 基于瞬時無功功率理論的方法

基于日本學者H.Akagi提出的瞬時無功功率理論的三相電路無功電流和諧波電流檢測主要有DQ運算方式和PQ運算方式，前者參與運算的是與三相瞬時相電壓同步的三相對稱單位正弦量和余弦量，而后者參與運算的量為三相瞬時相電壓和瞬時線電流。當電源電壓對稱無畸變，負載電流對稱時，兩種方法都能準確檢測出基波電流的有功分量、無功分量和諧波電流分量;當電源電壓和負載電流均畸變對稱時，PQ運算方式就存在誤差，但DQ運算仍然能準確檢測出諧波電流。

2 配電網諧波補償控制策略

2.1 配電系統改造

(1)采取縮短供電半徑、增大導線截面和加大中性線截面等方法，以減小配電回路阻抗。這樣不僅能減少諧波線損，還可止諧波電流導致的過負荷。在城市低壓配網改造及一戶一表改造工程中，配電變壓器低壓側出線、低壓配電屏母線、低壓饋電電纜或導線等已按中性線截面與相線截面相同。但當前市政生活用電的諧波源負荷種類繁多，中性線與相線截面相同最終將難以滿足諧波治理的要求。可參照一些發達國家的經驗作法，將應用于工業動力電網與低壓民用電網的設備及線路區別，如凡用于低壓民用電網者均可將中性線截面選定為相線截面的兩倍。

(2)增大變壓器容量，選用Dyn11接線的配電變壓器。當前配電網中多使用的接線為Yyn0的變壓器中線性容許電流僅為相電流額定值的25%，電網對諧波源負荷的承載能力較低，而Dyn11變壓器則容許與相電流額定值相等，對諧波源負荷的承載能力也較高，并且低壓側零序系列諧波電流不會注入中壓電網，它只會在高壓側D接繞組中環流。

(3)分開諧波源負荷與非諧波源負荷的饋電回路，如從配電變壓器低壓側出口母線(低壓電源接口點)處分開，使諧波源負荷產生的畸變電壓對非諧波源負荷的影響降低。一些商業大樓或辦公大樓的配電設計中已逐步采取這種作法。

2.2 設置補償裝置及濾波裝置

(1)設置若干動態無功補償裝置，提高諧波承受能力。事先進行技術經濟分析，在條件允許的情況下，可在諧波源處裝設動態無功補償裝置，如靜止同步補償裝置或靜止無功補償裝置，以便獲得補償負荷快速變動的無功需求，濾除系統諧波，穩定母線電壓，改善功率因數，降低三相電壓不平衡度等。

(2)在電網的適當位置裝設無源濾波器，也可結合功率因數補償同時解決濾波問題，不僅結構簡單，設備投資少，并且運行可靠性較高，運行費用較低，所以在實際中已得到較多的應用。但其只能補償固定頻率的諧波，補償效果也一般，補償特性還容易受電網阻抗和運行狀態影響，可能與系統產生并聯諧振，從而加大諧波，使LC濾波器過載甚至燒毀。

(3)設置有源濾波器(APF)或諧波抵消電抗器，先檢測出諧波電流，再由補償裝置提供一個電流源，使其輸出同負載諧波電流幅值相等、相位一致、方向相反的電流，并使二者并聯，從而抵消諧波，使電網電流只含基數分量。有源濾波器結構為:靠近源側和負荷側分別連接一并聯逆變器和一串聯逆變器，它們通過公共的直流電容結合在一起，使得有源濾波器的功能比較齊全。

有源濾波器是一種新型的用于補償無功、動態抑制諧波的電力電子裝置，克服了LC濾波器等傳統的無功補償和諧波抑制技術的缺點，能對大小和頻率都變化的諧波和無功進行動態補償，并且補償特性不受電網阻抗的影響，所以在配網諧波抑制中有著廣泛的應用前景。

2.3 計量裝置選擇基波電能表

對于非線性負荷較大的用電客戶，如果其沒有一定的消諧措施，供電部門可對普通電能表采取加裝儀用諧波濾波器的措波電量的諧波電能表，或專門裝設只計量基波電量的電能表，加價收費，確保公平合理地計量銷售電能，并迫使用戶采取消諧措施。由于基波電能表較普通電能表價格高，不可能在低壓配電網中廣泛使用，所以可在計算機中心、大型娛樂場、影劇院等非線性負荷較為集中的場所安裝基波電能表。

3 結語

總之，諧波對供電質量及系統安全運行帶來了很多的負面影響，我們廣大電力工作者一定要充分認識到諧波的危害，掌握其檢測及控制技術，根據配電網的實際情況，采取經濟合理的消諧措施，切實提高供電質量。

參考文獻

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