電力系統諧波治理技術

摘 要：隨著現代經濟的高速發展，電力成為了我國經濟發展構成中的重要推動資源，電力技術在各個領域中的廣泛應用，電力電網在應用的過程中進而為我們帶來了嚴峻的諧波污染問題。電網諧波問題的出現，嚴重的威脅了電網設備的安全運作以及經濟性。本文將主要結合筆者的工作經驗，針對電網諧波治理提出詳盡的探討，旨在能夠為我國電網中的諧波問題治理提供充分的理論依據。

關鍵字：電網 諧波 危害 治理

中圖分類號：TM714 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（c）-0125-02

1 諧波的界定及產生原因

由于交流電網有效分量為工頻單一頻率，任何與工頻頻率不同的成分都被稱為諧波。通常來說諧波的展現是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率是基波頻率的整數倍數[1]。由于正弦電壓加壓于非線性負載，基波電流發生畸變產生諧波。因此來說在電網運作的過程中非線性負荷是形成電網諧波的主要原因。通常在電網中主要具有非線性負荷的是UPS、開關電源、整流器、變頻器、逆變器等，通常來說以上電網中常用到的設備是諧波產生的主要源頭設備。在電力網絡運作的過程中主要分為發電、輸電、配電、用電四大環節，其中各個環節都有可能產生諧波，總體來說四大環節中用電的過程中產生的諧波最多。

發電過程中產生的諧波通常來說較為微弱，主要來源于發電機的使用；發電機在使用的過程中只有達到三相繞組完全對稱的情形之下才不會有諧波的產生，但由于現代發電機制作工藝以及環境等多方面的因素的問題，達到發電機三相繞組對稱現象的絕對出現是一大難點，但由于其在發電的過程中產生的諧波較少通常不是諧波治理過程中的主要問題。

輸電配電過程中必然使用的設備是電力變壓器，因變壓器內鐵心飽和，磁化曲線的非線特性以及額定工作磁密位于磁化曲線近飽和段上等諸多因素，致使磁化電流呈尖頂形，內含大量奇次諧波[2]。通常來說電力變壓器鐵心的飽和度越高，其在使用的過程中產生的諧波也就相對越大。

用電過程中諧波的產生是最大的，其主要是展現于使用晶閘管式整流設備、變頻裝置、充氣電光源以及常規家庭使用的電器等設備所釋放出的諧波。晶閘管式整流設備由于在充電裝置以及開關電源等處被廣泛的運用，因此其所在使用的過程中產生的諧波通常也較多；據相關資料統計顯示，在現代諧波中由于晶閘管式整流設備產生的諧波占據的比例已經高達百分之四十。同樣在變頻裝置以及充氣電光源等設備使用的過程中也會一定程度的產生諧波，但由于其都是在用電環節中所產生的諧波，因此在整體電網運作的過程中用電環節所產生的諧波是先進諧波危害的主要源頭。

2 諧波的主要危害

關于電網諧波的概念界定以及主要產生原因上一章節已經進行了充分的論述，那么在實際的運作中，電網諧波具有怎樣的危害呢？概括性的來說在電網運作的過程中電網諧波所產生的主要危害展現為以下方面：首先，諧波對于配電網絡系統的危害。在配電網絡系統中一般來說都采用一些電磁式繼電器以及感應繼電氣元件對于配電常規的設備進行保護以及測量，而通常來說諧波的出現會一定程度上引起以上元件的誤動或是拒動；由于上述元件在實際的電網系統運作過程中都是為了有效保障配電網絡的穩定，因此無論是誤動還是拒動的現象出現都會在一定程度上引起配電網絡系統的整體安全運營。其次，諧波會對于電力網絡設備形成一定的危害。在電網運作的過程中諧波的出現能夠在一定程度上對于多種電力設備形成不同方面的危害以及影響。例如諧波通常會對于電力變壓器形成一定的銅損以及鐵損，影響變壓器在電網變壓中穩定正常的動作。諧波對于電力電容器也具有很大的影響，諧波的出現會導致導致電容器的損耗加大，加速老化從而影響電容器的正常使用。電能表是評價電能消耗重要而基本的測量工具，是用戶繳費的憑證，而諧波可能使電能計量產生較大誤差，嚴重時會導致計量混亂；同樣，諧波也是引起濾波裝置誤啟動，保護誤動和拒動的重要因素；此外，諧波會通過靜電感應電磁感應以及傳導等多種方式耦合進通訊系統，影響它們的正常運行[3]。再次諧波對于人體健康的危害。諧波的出現通常會攜帶一定程度的噪音，諧波產生的噪音往往極度容易形成變電所的噪聲污染超標，從而影響從事電力工作人員的身心健康。同時在電力人員工作的過程中，或是在普通人在使用電器的過程中，只要該設備發射出諧波，那么諧波就一定程度上會對于人體的細胞形成刺激，從而使得正常的細胞形成翻轉，當人體細胞的翻轉頻率與諧波較為相同時，就會進一步的影響到人體的大腦與心臟的健康。

通過上文中對于諧波特性的分析，筆者認為對于諧波的治理其思路主要應當從兩大方面進行展開，首先，強化對于諧波的隔離，非線性用電設備是諧波產生的主要源頭，諧波隔離需要對于非線性用電設備產生諧波的控制，減少對于其他層級電網的影響。其次，濾波器的安裝使用，濾波器是現今技術手段抑制諧波危害的最佳代表，其通常主要分為有源以及無源兩種，在實際的使用過程中有源以及無源卻有著很大程度的不同。有源濾波器其運作原因主要是通過對于電源側的電流波型與正弦波相比較，同時由有源濾波器進行差額的擬補，就目前發展形勢來說，有源濾波器是今后抑制諧波危害的主要發展趨勢。無源濾波器主要工作原理是通過將L、C串聯或是并聯，然后在其諧波產生的過程產生諧振，通過諧振對于諧波的電壓進行降低，同時也對于諧波的危害進行降低，有效的針對諧波危害進行緩解。

3 諧波治理技術現狀

有關于諧波治理的問題最早起源于上世紀三十年代中期，但到了上世紀五十年代隨著現代科技的快速發展，電力系統的技術革新，新技術以及新設備的普遍性引用，再為人們帶來甚多便利的同時也為人們帶來了較大的諧波治理問題。隨著諧波問題的日益嚴重，在國際的范圍內都引起了嚴重的反響，各國都對于諧波治理技術進行了充分性的研究，截至目前，世界諧波治理技術的發展較期初階段而言，有著較大程度的進步，但其同時依舊存在較多方面的不足。整體來說，目前我國諧波治理技術方面主要展現在一下方面。

（1）電力系統諧波污染現狀嚴峻；隨著現代電力系統的進一步優化以及升級，電力系統已經成為了當今社會發展過程中不可或缺的一種技術支撐而存在；在經濟高速發展的今天，大量的變頻器以及大功率直流電源應用廣泛，在此過程中對外產生的諧波危害十分巨大。其次，隨著諧波的產生不能得到有效的抑制，諧波對于變壓器的損害，嚴重的影響了其正常的使用壽命長短。據相關研究資料表明，對于大功率直流電源而言，其產生的諧波危害是普通電力技術說產生的諧波危害的1.8～3.8倍[3]。

（2）有源濾波器成本較高，推廣力度較高。對于現階段來說，提升電能質量，降低諧波危害的技術手段中，有源濾波器是現今所有技術手段中較為具有代表性的一個，但尤其相對來說嚴重依賴進口，因而其成本通常來說都較高，在推廣的過程中具有較高的難度；同時由于其在使用的過程中，還具有較為嚴格以及繁瑣的操作技術標準，在實際的推廣過程中較難進行泛性推廣。就現今階段來說，有源濾波器在實際的使用過程中，其容量均不超過600 kVar，參考當今電力系統發展來說，有源濾波器還需要實現進一步的優化以及升級。

（3）諧波檢測手段滯后，檢測數據不準確。有效抑制諧波危害提升電能質量，必須在其使用的過程中，通過科學的諧波檢測手段進行相關數據的汲取，然后通過分析從而進一步的進行解決。但在實際運作的過程中，由于我國多數的電力系統機關，現采用的諧波檢測技術嚴重滯后，其數據的汲取在很大程度上都不能最為科學的展現諧波危害以及特性，不僅不能有效的進行諧波危害預估，同時還不利于對于諧波的有效抑制。

4 諧波治理建議

通過上文對于諧波危害的分析，我們知道諧波的出現不僅對于電網設備形成一定程度的影響，同時對于人體健康也具有一定的危害，電網諧波的治理是提升電網設備利用率以及保障人體健康的有效措施。在對于諧波治理的問題上，國家已經給與了充分的重視，同時規范了相關諧波治理過程中的技術標準以及管理標準，詳見GB/T14549）93《電能質量公用電網諧波》、GB12326-90《電能質量電壓運行波動和閃變》、全國供用電規則（第30，31條）[4]等法規。在諧波治理的過程中結合以上方面的標準，筆者認為應當在諧波治理的過程中堅持以下方面的原則，通過有效的措施限制諧波源注入電網。同時將電網中的諧波指數控制在安全允許的范圍之內，并保障電網在運作的過程中其設備不受到諧波的影響。通過以上理論以及標準的指導，筆者認為在諧波治理的過程中主要通過以下措施進行。

（1）加強對于諧波污染危害以及治理的宣傳，提升相關工作人員對于諧波危害的重視度。只有意識層面的真正提升，才能夠有效的促進相關工作人員在進行諧波處理的問題上，能夠盡心盡責。另外定期對于相關技術人員的技術培訓也是十分必要的。由于個人能力的不同，在進行諧波處理的問題上，相關技術人員技術水準不一致，但由于諧波治理的需要，電網公司可以定期的針對相關技術人員進行技術以及理論的培訓，從而有效提升整體技術人員的技術操作水準，有效的在工作開展諧波治理。

（2）加強電網諧波治理工作與地方電力試驗所的有效結合聯系，從而進一步的提升電網諧波治理工作的效率以及科學性。電力試驗所與電網諧波治理工作的結合，能夠有效的通過電力試驗所的試驗成果理論推動電網諧波治理工作的進展。理論是技術推動的有效工具，因此加強地方電力實驗所與諧波治理工作的結合是保障諧波治理科學理論的有效保障。就現今諧波治理技術而言，其還存在較多的不足，而僅僅依靠電力試驗所或是電力機關單方面的推動是遠遠不足的；在實際的工作中由于各自的工作崗位以及職責不同，電力機關的實際問題經驗以及技術發展需求，其更為明確；就電力試驗所而言，其主要突出的是對于相關技術的掌握以及高理論能力；如能對于兩種強勢的結合，必然能夠形成一種良好的連鎖反應，從而推動諧波治理工作的有效開展。

（3）定期的對于變電所以及重點用戶的諧波測試，同時并針對測試結果建立非線性用戶技術檔案。設非線性用戶技術檔案的建立能夠為諧波處理工作提供較為充分的數據參考價值，同時對于諧波較為嚴重的地區，應當根據其主要污染源的特點及時的采取有效措施，以保障其諧波危害在第一時間進行遏制。諧波處理不是一個階段性的工作，而是應當在電力機關展現為一個持續性的工作，應當在電力機關中進行制度性的規定，只有定期的針對變電所以及重點用戶進行頻繁的諧波測試，才能在第一時間發現問題，將諧波的危害降低至最低。

（4）在大中小型非線性負荷接入電網的過程中，依據針對其非線性符合進行有效的實測，根據實測結果查看其是否能夠滿足相關規定，如果發現電網諧波超標嚴重的現象，可以在第一時間進行停止供電，避免其影響電網的正常運作。在此過程中主要是需要強化監控，在現代手段中，智能電網技術雖然能夠有效的進行電網運作監控，但在實際的過程中僅僅依靠智能電網聯網監控技術進行實時的監督是遠遠不夠的，其還需要通過相關工作人員的失地測試相結合從而有效的對于電力系統運作過程中的諧波問題進行有效的檢測以及監管，避免由于諧波的大量產生而帶來不必要的損失。

（5）加強電力部門對于諧波處理的管理工作，強化地域間諧波處理工作的交流與合作。古往今來我們知道，地域的合作的發展的前提，在諧波的處理過程中也一樣，由于地方發展水平以及諧波治理技術展現不一致，地域間的聯系以及合作能夠有效的避免地方技術的不足，同時地域間的聯系還能有效的推動地方諧波處理技術的發展。通過對于跨區域的電力機關諧波處理聯合作業，能夠有效的通過對于不同地區的優勢結合，提升諧波處理的效率，同時還能通過有效的跨區域合作，以諧波處理先進地區對于諧波處理落后地區的技術進行有效的帶動，推動我國電力機關整體諧波處理能力。

隨著現代經濟的高速發展，電力系統成為了經濟發展的重要助推力，但在電力系統大量使用的過程中，諧波的產生為我國可持續發展以及生態平衡提出了嚴峻的考驗。本文中主要就電力系統中諧波的產生原因以及主要危害進行了詳盡的闡述，通過對于現今我國電力諧波治理技術的分析，有效的發現了我國電網諧波治理技術的不足，同時針對不足之處，提出了相應的改善策略。通過本文的研究，筆者期望能夠引起相關機構的高度重視，同時本文所提出的相關發展建議旨在有效為我國相關機構指定諧波治理策略提供參考。

參考文獻

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