電子電力裝置對電網的影響分析

錢麗英

南京信息職業技術學院，江蘇南京 210046

0 引言

隨著我國在科技方面的不斷發展，相應的電力電子技術也得到了飛速，現如今電力電子裝置已經得到了冶金、化工、煤炭和運輸等諸多領域的青睞，已經成為了我國實現生產自動化的重要基礎設備之一，是我國快速發展必不可少的利器之一。在它給社會發展帶來好處的同時，需要注意的是，由于這些電力電子裝置的廣泛應用，使得大量的諧波和無功功率注入電網，在一定程度上降低了我國電網的電能質量，產生了一定的電網污染問題。隨著這些問題的增多，其已經成為了阻礙我國電力電子技術發展的重大障礙之一。鑒于此，為了讓人們更好地了解這些危害，本文就諧波以及無功功率進行了分析，分析了它們各自產生的原因及其危害，在此基礎上也更深入地探討了抑制諧波污染和處理無功功率的常用方法。

1 諧波產生的原因

就電網中諧波產生的原因而言，可以將其大體的歸為如下兩個方面：

1）電源及輸配電系統產生諧波

在分析諧波問題時，往往會忽略一個問題，就是電源本身也會在一定程度上產生諧波電勢。但是由于電源本身產生的諧波很少，在分析電力系統諧波問題時也就忽略了這部分諧波。電源本身產生諧波的原因在于電動機的內部組織結構存在一定的問題：電動機中的三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，同時對于鐵心而言，要做到絕對均勻一致等也是十分困難，由于這些問題的存在便使得電源在發出基波電勢的同時也會產生一定的諧波電勢。

在輸配電系統方面，產生諧波的源頭主要是變壓器，這主要是因為：一旦變壓器內部的鐵芯達到飽和時，其中的磁化曲線便會呈現非線性狀態，同時波形畸變的嚴重程度也會隨著飽和程度的加深而加深。另一方面，在設計變壓器時，基于經濟性的考慮，便使磁性材料工作在磁化曲線的近飽和區段，正是由于這兩方面的原因便使得變壓器產生了諧波電流。

2）電網中諧波產生的另外一個主要原因在于

電力系統負荷端存在大量的大功率換流設備和調壓裝置，比如熒光燈、變頻設備、電器等。由于這些設備本身就具有一定的非線性特征，即便我們在為其供給電壓時，供給的是標準的正弦波電壓，但是由于其自身的非線性特征，也會使得這些設備在工作的同時產生了一定的諧波電流，隨著這些諧波電流逐漸流入電力系統，也就給電網造成了大量的諧波。

2 諧波的主要危害

由于諧波中諧波電流和諧波電壓的存在，使得電網遭受著一定的諧波污染，另一方面由于諧波的存在，破壞了用電設備所處的環境，而產生了一系列的故障和事故。可見，諧波的存在在一定程度上威脅著電力系統的安全穩定運行。就諧波的主要危害而言，可以大致的分為如下的幾個方面：

1）導致諧振和諧波電流的放大

在電力系統中，為了更好地提高功率因數，往往會在電力系統中裝設一定量的電容器，這些電容器的存在在一般情況下是不會產生諧波的，但是當電網中存在著一定的諧波時，此時由于電力系統的感抗得到了大大的增加而容抗卻相應的減小，便有可能產生諧振，而危害電力系統的正常工作狀態。

2）影響系統運行狀態

電力系統之所以可以在一定的故障情況下運行，這主要是因為電力系統中常安裝了一些繼電保護裝置和自動控制裝置。但是一旦有諧波的存在，這些保護裝置便會在一定程度上受到干擾，而不能很好的工作，而威脅系統的穩定與安全運行。

3）影響一些設備的正常工作

由于諧波的存在，電動機的效率可能會在一定程度上降低，同時電動機本身可能會產生一定量的熱。如果不能及時的處理好諧波的存在問題，電動機可能會產生強烈的機械振動，而影響正常的工作。諧波的存在，也可能會產生一定的過零問題，而直接影響到電子裝置和控制電路的正常運行。同時諧波的存在也會干擾到通信系統的正常工作。

3 如何有效的抑制諧波問題

在工作中，為了更好地抑制電網中的諧波問題，盡量減小諧波的危害，則需要采取積極有效的技術措施，以便可以在一定程度上減少電力電子設備的諧波含量，讓設備可以正常工作。

可以采取如下的一些技術手段：1）采取多脈波變流技術手段，可以增大電力電子裝置中的脈波數，比如將6脈波的變流器設計成12 脈波，以便在一定程度上減少交流側的諧波電流含量；2）采用脈寬調制技術手段，該技術手段的主要思路是：在控制PWM輸出波形轉換時刻的條件下，盡量保證波形的對稱性，以便使得系統需要消除的諧波幅值為零。

另一方面也可以通過在電力系統中安裝一定量的電力濾波器，進而提高濾波的性能，常見的一些濾波器有：1）無源電力濾波器；2）有源電力濾波器；3）混合型電力濾波器等。

4 無功功率產生的原因以及其影響

現如今電力系統的無功損耗主要體現在如下的兩個方面：1）輸電系統本身就存在吸收的無功；2）負荷消耗的無功。無功功率能夠對供電系統和負荷的運行產生較大的影響。就電力系統而言，其為了輸送無功功率，便要求兩端的電壓存在一幅值差，而這一條件只有在很窄的范圍內才可以實現。對于大部分的網絡元件和負載而言，它們基本上都需要消耗無功功率，而這些無功功率如果是要由發電機提供的話，便難以實現。鑒于此處理的方法是：在需要消耗無功功率的地方產生無功功率，也就是我們所說的無功補償。就無功補償的處理方法而言，主要是通過并聯電容器及其裝置，因為該方法簡單易行，同時可以較低運行費用。

無功功率對公共電網的影響可大體的歸為如下幾點：

1）在一定程度上增加了設備的容量以及設備的損耗；2）增大了變壓器的電壓降，同時降低了電力系統的供電質量；3）當無功功率不足時，便有可能使得電力系統的電壓降低，而直接影響到設備的正常工作狀態等。

5 結論

隨著電力電子裝置在電力系統中的廣泛應用，其已經貫穿了發、輸、變、配、用各個環節，同時在電能的生產、輸送、分配、使用中同樣具有十分重要的作用?？梢婋娏ο到y已經成為了我國發展不可或缺的重要組成部分。但是，我們同樣需要注意電力電子裝置對電網帶來的影響，如本文提到的諧波危害和無功功率問題，所以我們需要采取一定的有效措施盡量減小和避免這些問題的出現，讓電力設備等能夠正常的工作。

[1]顏世鋼, 張承慧.電力電子技術問答[M].北京：機械工業出版社，2007：165.

[2]羅安.電網諧波治理和無功補償技術及裝置[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3]蔣文娟，王念春.簡析電力電子電路中諧波的產生和危害[M].科技創新導報2009.