關(guān)于治理諧波污染提高電能質(zhì)量的有效探討

李宏星

摘 要

電能早已成為了目前我國一項(xiàng)十分重要的資源，它憑借著自身環(huán)保、便利以及可再生等多個(gè)優(yōu)勢在新時(shí)期社會建設(shè)與發(fā)展中扮演了不可或缺的角色。與此同時(shí)，用電負(fù)荷也在逐漸朝著復(fù)雜化的方向發(fā)展，特別是電力電子變流器在幾年的時(shí)間里就獲得了大范圍的應(yīng)用，隨之而來的是很大數(shù)量的負(fù)荷形成了諧波污染，并對電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生了影響。對此，本文介紹了電力諧波污染出現(xiàn)的主要行業(yè)，分析了諧波污染的重要危害與影響，并提出了幾點(diǎn)治理諧波污染，提高電能質(zhì)量的建議。

【關(guān)鍵詞】諧波污染 電能 負(fù)荷

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與各種技術(shù)水平的提高都向電能質(zhì)量提出了越來越高的要求，同時(shí)越來越多的人們也逐漸將關(guān)注的目光投向電力系統(tǒng)的環(huán)境污染。這就使得綠色電網(wǎng)的建設(shè)工作的地位獲得了極大的提升，并讓人們認(rèn)識到了諧波的危害，對此，制定并實(shí)施相應(yīng)的諧波污染治理措施，從而有效的保障電能質(zhì)量具有十分重要的意義。

1 出現(xiàn)電力諧波污染的主要行業(yè)

通常情況下，諧波污染出現(xiàn)的行業(yè)包括：

1.1 冶金行業(yè)

這一行業(yè)所產(chǎn)生的諧波源一般是電弧爐，而這又通常用在軋鋼的大型交直流傳動設(shè)備中。電弧爐在運(yùn)行過程中的電極始終為短路，這樣一來會耗費(fèi)很多無功功率，還會形成諧波電流，電弧爐所形成的諧波頻譜并沒有任何突出的規(guī)則，大部分為連續(xù)頻譜；

1.2 交通、機(jī)械制造與電力等行業(yè)

上述行業(yè)的諧波源通常是電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)或交流電動機(jī)的變頻驅(qū)動系統(tǒng)，直流電動機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)通常會選用斬波器結(jié)構(gòu)，同時(shí)還會在電網(wǎng)中注入相應(yīng)的諧波電流；

1.3 化工行業(yè)

化工行業(yè)中的諧波源大都是電解槽；

1.4 辦公與家庭

現(xiàn)今，不論是人們的日常工作還是生活都會大量使用到計(jì)算機(jī)以及其他電器設(shè)備，而諧波源則是以全橋或半橋整流電路為代表的諧波負(fù)載和用于照明的熒光燈。

2 諧波污染的危害和影響

電力諧波存在的危害與造成的影響主要表現(xiàn)在四方面：

（1）對供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響，供電系統(tǒng)的變壓器與電力線路兩大部分一般都會采取繼電保護(hù)措施，能夠?yàn)槌霈F(xiàn)故障時(shí)的系統(tǒng)與設(shè)備自身的安全提供了保障。如果諧波的含量超過40%，那么電磁式電器與感應(yīng)式繼電器就會做出誤動作。不僅如此，晶體管繼電器所采用的整流取樣電路同樣也會受到受諧波的影響，出現(xiàn)拒動或誤動。如此，就極大的影響到了供電系統(tǒng)的安全性與可靠穩(wěn)定性。

（2）增加供電系統(tǒng)的附加損耗。諧波電流在供電線路上流動過程中常常會增加整個(gè)系統(tǒng)的損耗。三相系統(tǒng)中，三根相線上的奇次諧波電流在中性線上會直接相加，最終使得通過中性線的電流大于通過相線的電流。當(dāng)中性線的截面偏小時(shí)，非常容易出現(xiàn)溫度急劇升高，并破壞其絕緣性，嚴(yán)重者會出現(xiàn)安全事故。

（3）影響供電設(shè)備與用電設(shè)備的順利運(yùn)行。諧波過大之后很有可能導(dǎo)致額定工作點(diǎn)出現(xiàn)偏移的現(xiàn)象，最終使得設(shè)備功能上的應(yīng)用受到影響，有時(shí)還會被損壞。

（4）降低電力測量與電能計(jì)量的準(zhǔn)確度。畸變的波形往往會擴(kuò)大測量誤差，而調(diào)查資料顯示，誤差通常會高于50%。

3 治理諧波污染，提高電能質(zhì)量的對策

現(xiàn)今，在治理諧波污染所導(dǎo)致的電能質(zhì)量降低問題上，人們通常會采取兩種措施。

（1）在電力電子裝置上做一系列改造，從而保證其不會成為諧波源頭。這種措施獲得了良好的效果，如羅賓康公司生產(chǎn)的高壓大容量完美無諧波變頻器。

（2）安裝諧波補(bǔ)償設(shè)備。目前，不論是在國內(nèi)還是國外，在諧波補(bǔ)償設(shè)備的研究與使用方面都提出了多種不同的技術(shù)方案。其中，人們比較認(rèn)可，而且使用范圍也比較廣的主要包括：無源濾波裝置、有源濾波裝置以及綜合濾波裝置。

3.1 無源濾波裝置

無源濾波裝置實(shí)際上就是無源器件所構(gòu)成的諧波治理與無功補(bǔ)償裝置。這一裝置通常是由不等數(shù)量的無源濾波器并聯(lián)成的，而且所有的濾波器在少數(shù)的諧波頻率周圍會表現(xiàn)出低阻抗，同時(shí)還會吸收一定的諧波電流，以此來降低電網(wǎng)諧波電流，最終實(shí)現(xiàn)抑制諧波。無源電力濾波裝置是現(xiàn)階段應(yīng)用范圍最大的一種諧波治理與無功補(bǔ)償裝置，至今它經(jīng)歷了將近四十年的發(fā)展歷程。盡管它具有一定的經(jīng)濟(jì)性，但是其不足也是比較突出的，主要表現(xiàn)在五方面。

（1）動態(tài)性能差。如果負(fù)載電流發(fā)生了動態(tài)變化，那么其諧波電流的抑制作用將會明顯減弱。

（2）濾波裝置非常容易出現(xiàn)和與電網(wǎng)系統(tǒng)阻抗并聯(lián)諧振的現(xiàn)象，導(dǎo)致諧波擴(kuò)大，并最終影響到濾波電容器的安全。

（3）補(bǔ)償性能的強(qiáng)弱往往會受制于電力系統(tǒng)阻抗。

（4）因?yàn)殡娙萜髋c電感的參數(shù)兩者之間有著一定的誤差，而且在工作中往往會隨著溫度的變化或電容器自身的絕緣老化而產(chǎn)生變化，而這都會使得濾波器實(shí)際諧振頻率和設(shè)計(jì)出現(xiàn)偏差，不利于濾波作用的發(fā)揮。

（5）工作中系統(tǒng)頻率往往會出現(xiàn)偏差，從而引起諧波頻率的偏差，因此，濾波器的阻抗可能會距離極小值越來越遠(yuǎn)，最終造成濾波器抑制效果的減弱。

3.2 有源濾波裝置

有源濾波裝置是電子器件構(gòu)成的諧波治理與無功補(bǔ)償設(shè)備，它一般由電流源型逆變器或電壓源型構(gòu)成，與此同時(shí)，它是借助調(diào)整輸出電壓電流的波形來實(shí)現(xiàn)杜絕諧波電流的。就拿并聯(lián)型有源濾波器來說，它和諧波負(fù)載并聯(lián)，并借助調(diào)整輸出電流的方式來保持和諧波負(fù)載諧波電流的一致，使得通過電網(wǎng)中的電流只為負(fù)載電流的基波部分，最終達(dá)到了諧波抑制效果。有源濾波裝置是最早出現(xiàn)在二十世紀(jì)八十年代，其濾波作用不會受制于系統(tǒng)阻抗，因此濾波效果非常好。不僅如此，它還能抑制系統(tǒng)中的串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振。然而有源濾波裝置同樣也有不足，例如成本比較高，同時(shí)還無法由已有的無源濾波器改造獲得等。

3.3 綜合濾波裝置

綜合濾波裝置實(shí)際上就是上述兩種裝置的結(jié)合體，它同時(shí)具備了兩種裝置的優(yōu)點(diǎn)，并且還解決了諧波治理與無功補(bǔ)償裝置的不足。綜合濾波裝置的主電路結(jié)構(gòu)通常選用無源濾波器和有源濾波器兩者都成，在這種結(jié)構(gòu)中，無源濾波器的作用就是主要濾波，同時(shí)還會補(bǔ)償一部分無功。有源濾波器在這一結(jié)構(gòu)中扮演的角色就是增強(qiáng)與優(yōu)化無源濾波器的性能。不僅如此，無源濾波器還承受了所有的基波電壓與大部分的諧波電壓。有源濾波器僅需承受少量的諧波電壓，也正是由此，有源濾波器的功率才能非常小。由上述可見，綜合濾波裝置能夠應(yīng)用在高壓大功率場合。

3.4 靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）裝置

隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，一種更為先進(jìn)的靜止型無功補(bǔ)償裝置出現(xiàn)了，這就是采用自換相變流電流的靜止無功補(bǔ)償裝置，稱為靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM），如下圖所示。STATCOM在電力系統(tǒng)中具有多種功能：它在高壓和超高壓系統(tǒng)中能大幅度提高有功輸送能力，提高系統(tǒng)的靜態(tài)、動態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性，加強(qiáng)功率振蕩阻尼，穩(wěn)定電壓。

STATCOM由以下幾部分組成：電壓支撐電容，其作用是提供一個(gè)電壓支撐；電壓源逆變器，通過脈寬調(diào)制技術(shù)控制電力電子開關(guān)的通斷，將電容器上的直流電壓變換為具有一定頻率和幅值的交流電壓；耦合變壓器或電抗器，一方面通過它將大功率變流裝置與電力系統(tǒng)耦合在一起，另一方面還可以通過它將逆變器輸出電壓中的高次諧波濾除，使STATCOM的輸出電壓接近正弦波。

從根本上講，STATCOM的基本功能就是從電網(wǎng)中吸收或者向電網(wǎng)中輸送連續(xù)可調(diào)的無功功率，以維持接入點(diǎn)的電壓恒定，并有利于電網(wǎng)的無功功率平衡，隨著大功率電力電子器件的日趨發(fā)展，STATCOM在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛如圖所示。

4 總結(jié)

總而言之，社會建設(shè)的進(jìn)一步深入與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展都向電能質(zhì)量提出了較高的要求，而且廣大用戶的用電意識也在逐漸增強(qiáng)。而諧波治理與電能質(zhì)量之間有著直接的聯(lián)系，因此，做好諧波污染的治理工作勢在必行。不論是政府部門還是企業(yè)，都要對這一工作提起重視，并給予支持，從而保證我國的用電質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]王凌云.供配電系統(tǒng)中的諧波及其抑制[J].電子世界，2010（07）：58-59.

[2]李群.電網(wǎng)電能質(zhì)量污染的危害和影響[J].電子世界，2010（07）：61-62.

[3]包強(qiáng).抑制諧波污染，提高電能質(zhì)量[J].咸寧學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（06）：45-47.

[4]張繼忠，唐偉杰.提高電能質(zhì)量加強(qiáng)諧波污染的防治[J].上海電力，2002（03）：9-10.

[5]劉利宏.治理諧波污，提高電能質(zhì)量[J].電氣時(shí)代，2002（08）：42-43.

作者單位

國網(wǎng)福州供電公司 福建省福州市 350009endprint

摘 要

電能早已成為了目前我國一項(xiàng)十分重要的資源，它憑借著自身環(huán)保、便利以及可再生等多個(gè)優(yōu)勢在新時(shí)期社會建設(shè)與發(fā)展中扮演了不可或缺的角色。與此同時(shí)，用電負(fù)荷也在逐漸朝著復(fù)雜化的方向發(fā)展，特別是電力電子變流器在幾年的時(shí)間里就獲得了大范圍的應(yīng)用，隨之而來的是很大數(shù)量的負(fù)荷形成了諧波污染，并對電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生了影響。對此，本文介紹了電力諧波污染出現(xiàn)的主要行業(yè)，分析了諧波污染的重要危害與影響，并提出了幾點(diǎn)治理諧波污染，提高電能質(zhì)量的建議。

【關(guān)鍵詞】諧波污染 電能 負(fù)荷

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與各種技術(shù)水平的提高都向電能質(zhì)量提出了越來越高的要求，同時(shí)越來越多的人們也逐漸將關(guān)注的目光投向電力系統(tǒng)的環(huán)境污染。這就使得綠色電網(wǎng)的建設(shè)工作的地位獲得了極大的提升，并讓人們認(rèn)識到了諧波的危害，對此，制定并實(shí)施相應(yīng)的諧波污染治理措施，從而有效的保障電能質(zhì)量具有十分重要的意義。

1 出現(xiàn)電力諧波污染的主要行業(yè)

通常情況下，諧波污染出現(xiàn)的行業(yè)包括：

1.1 冶金行業(yè)

這一行業(yè)所產(chǎn)生的諧波源一般是電弧爐，而這又通常用在軋鋼的大型交直流傳動設(shè)備中。電弧爐在運(yùn)行過程中的電極始終為短路，這樣一來會耗費(fèi)很多無功功率，還會形成諧波電流，電弧爐所形成的諧波頻譜并沒有任何突出的規(guī)則，大部分為連續(xù)頻譜；

1.2 交通、機(jī)械制造與電力等行業(yè)

上述行業(yè)的諧波源通常是電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)或交流電動機(jī)的變頻驅(qū)動系統(tǒng)，直流電動機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)通常會選用斬波器結(jié)構(gòu)，同時(shí)還會在電網(wǎng)中注入相應(yīng)的諧波電流；

1.3 化工行業(yè)

化工行業(yè)中的諧波源大都是電解槽；

1.4 辦公與家庭

現(xiàn)今，不論是人們的日常工作還是生活都會大量使用到計(jì)算機(jī)以及其他電器設(shè)備，而諧波源則是以全橋或半橋整流電路為代表的諧波負(fù)載和用于照明的熒光燈。

2 諧波污染的危害和影響

電力諧波存在的危害與造成的影響主要表現(xiàn)在四方面：

（1）對供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響，供電系統(tǒng)的變壓器與電力線路兩大部分一般都會采取繼電保護(hù)措施，能夠?yàn)槌霈F(xiàn)故障時(shí)的系統(tǒng)與設(shè)備自身的安全提供了保障。如果諧波的含量超過40%，那么電磁式電器與感應(yīng)式繼電器就會做出誤動作。不僅如此，晶體管繼電器所采用的整流取樣電路同樣也會受到受諧波的影響，出現(xiàn)拒動或誤動。如此，就極大的影響到了供電系統(tǒng)的安全性與可靠穩(wěn)定性。

（2）增加供電系統(tǒng)的附加損耗。諧波電流在供電線路上流動過程中常常會增加整個(gè)系統(tǒng)的損耗。三相系統(tǒng)中，三根相線上的奇次諧波電流在中性線上會直接相加，最終使得通過中性線的電流大于通過相線的電流。當(dāng)中性線的截面偏小時(shí)，非常容易出現(xiàn)溫度急劇升高，并破壞其絕緣性，嚴(yán)重者會出現(xiàn)安全事故。

（3）影響供電設(shè)備與用電設(shè)備的順利運(yùn)行。諧波過大之后很有可能導(dǎo)致額定工作點(diǎn)出現(xiàn)偏移的現(xiàn)象，最終使得設(shè)備功能上的應(yīng)用受到影響，有時(shí)還會被損壞。

（4）降低電力測量與電能計(jì)量的準(zhǔn)確度。畸變的波形往往會擴(kuò)大測量誤差，而調(diào)查資料顯示，誤差通常會高于50%。

3 治理諧波污染，提高電能質(zhì)量的對策

現(xiàn)今，在治理諧波污染所導(dǎo)致的電能質(zhì)量降低問題上，人們通常會采取兩種措施。

（1）在電力電子裝置上做一系列改造，從而保證其不會成為諧波源頭。這種措施獲得了良好的效果，如羅賓康公司生產(chǎn)的高壓大容量完美無諧波變頻器。

（2）安裝諧波補(bǔ)償設(shè)備。目前，不論是在國內(nèi)還是國外，在諧波補(bǔ)償設(shè)備的研究與使用方面都提出了多種不同的技術(shù)方案。其中，人們比較認(rèn)可，而且使用范圍也比較廣的主要包括：無源濾波裝置、有源濾波裝置以及綜合濾波裝置。

3.1 無源濾波裝置

無源濾波裝置實(shí)際上就是無源器件所構(gòu)成的諧波治理與無功補(bǔ)償裝置。這一裝置通常是由不等數(shù)量的無源濾波器并聯(lián)成的，而且所有的濾波器在少數(shù)的諧波頻率周圍會表現(xiàn)出低阻抗，同時(shí)還會吸收一定的諧波電流，以此來降低電網(wǎng)諧波電流，最終實(shí)現(xiàn)抑制諧波。無源電力濾波裝置是現(xiàn)階段應(yīng)用范圍最大的一種諧波治理與無功補(bǔ)償裝置，至今它經(jīng)歷了將近四十年的發(fā)展歷程。盡管它具有一定的經(jīng)濟(jì)性，但是其不足也是比較突出的，主要表現(xiàn)在五方面。

（1）動態(tài)性能差。如果負(fù)載電流發(fā)生了動態(tài)變化，那么其諧波電流的抑制作用將會明顯減弱。

（2）濾波裝置非常容易出現(xiàn)和與電網(wǎng)系統(tǒng)阻抗并聯(lián)諧振的現(xiàn)象，導(dǎo)致諧波擴(kuò)大，并最終影響到濾波電容器的安全。

（3）補(bǔ)償性能的強(qiáng)弱往往會受制于電力系統(tǒng)阻抗。

（4）因?yàn)殡娙萜髋c電感的參數(shù)兩者之間有著一定的誤差，而且在工作中往往會隨著溫度的變化或電容器自身的絕緣老化而產(chǎn)生變化，而這都會使得濾波器實(shí)際諧振頻率和設(shè)計(jì)出現(xiàn)偏差，不利于濾波作用的發(fā)揮。

（5）工作中系統(tǒng)頻率往往會出現(xiàn)偏差，從而引起諧波頻率的偏差，因此，濾波器的阻抗可能會距離極小值越來越遠(yuǎn)，最終造成濾波器抑制效果的減弱。

3.2 有源濾波裝置

有源濾波裝置是電子器件構(gòu)成的諧波治理與無功補(bǔ)償設(shè)備，它一般由電流源型逆變器或電壓源型構(gòu)成，與此同時(shí)，它是借助調(diào)整輸出電壓電流的波形來實(shí)現(xiàn)杜絕諧波電流的。就拿并聯(lián)型有源濾波器來說，它和諧波負(fù)載并聯(lián)，并借助調(diào)整輸出電流的方式來保持和諧波負(fù)載諧波電流的一致，使得通過電網(wǎng)中的電流只為負(fù)載電流的基波部分，最終達(dá)到了諧波抑制效果。有源濾波裝置是最早出現(xiàn)在二十世紀(jì)八十年代，其濾波作用不會受制于系統(tǒng)阻抗，因此濾波效果非常好。不僅如此，它還能抑制系統(tǒng)中的串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振。然而有源濾波裝置同樣也有不足，例如成本比較高，同時(shí)還無法由已有的無源濾波器改造獲得等。

3.3 綜合濾波裝置

綜合濾波裝置實(shí)際上就是上述兩種裝置的結(jié)合體，它同時(shí)具備了兩種裝置的優(yōu)點(diǎn)，并且還解決了諧波治理與無功補(bǔ)償裝置的不足。綜合濾波裝置的主電路結(jié)構(gòu)通常選用無源濾波器和有源濾波器兩者都成，在這種結(jié)構(gòu)中，無源濾波器的作用就是主要濾波，同時(shí)還會補(bǔ)償一部分無功。有源濾波器在這一結(jié)構(gòu)中扮演的角色就是增強(qiáng)與優(yōu)化無源濾波器的性能。不僅如此，無源濾波器還承受了所有的基波電壓與大部分的諧波電壓。有源濾波器僅需承受少量的諧波電壓，也正是由此，有源濾波器的功率才能非常小。由上述可見，綜合濾波裝置能夠應(yīng)用在高壓大功率場合。

3.4 靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）裝置

隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，一種更為先進(jìn)的靜止型無功補(bǔ)償裝置出現(xiàn)了，這就是采用自換相變流電流的靜止無功補(bǔ)償裝置，稱為靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM），如下圖所示。STATCOM在電力系統(tǒng)中具有多種功能：它在高壓和超高壓系統(tǒng)中能大幅度提高有功輸送能力，提高系統(tǒng)的靜態(tài)、動態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性，加強(qiáng)功率振蕩阻尼，穩(wěn)定電壓。

STATCOM由以下幾部分組成：電壓支撐電容，其作用是提供一個(gè)電壓支撐；電壓源逆變器，通過脈寬調(diào)制技術(shù)控制電力電子開關(guān)的通斷，將電容器上的直流電壓變換為具有一定頻率和幅值的交流電壓；耦合變壓器或電抗器，一方面通過它將大功率變流裝置與電力系統(tǒng)耦合在一起，另一方面還可以通過它將逆變器輸出電壓中的高次諧波濾除，使STATCOM的輸出電壓接近正弦波。

從根本上講，STATCOM的基本功能就是從電網(wǎng)中吸收或者向電網(wǎng)中輸送連續(xù)可調(diào)的無功功率，以維持接入點(diǎn)的電壓恒定，并有利于電網(wǎng)的無功功率平衡，隨著大功率電力電子器件的日趨發(fā)展，STATCOM在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛如圖所示。

4 總結(jié)

總而言之，社會建設(shè)的進(jìn)一步深入與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展都向電能質(zhì)量提出了較高的要求，而且廣大用戶的用電意識也在逐漸增強(qiáng)。而諧波治理與電能質(zhì)量之間有著直接的聯(lián)系，因此，做好諧波污染的治理工作勢在必行。不論是政府部門還是企業(yè)，都要對這一工作提起重視，并給予支持，從而保證我國的用電質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]王凌云.供配電系統(tǒng)中的諧波及其抑制[J].電子世界，2010（07）：58-59.

[2]李群.電網(wǎng)電能質(zhì)量污染的危害和影響[J].電子世界，2010（07）：61-62.

[3]包強(qiáng).抑制諧波污染，提高電能質(zhì)量[J].咸寧學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（06）：45-47.

[4]張繼忠，唐偉杰.提高電能質(zhì)量加強(qiáng)諧波污染的防治[J].上海電力，2002（03）：9-10.

[5]劉利宏.治理諧波污，提高電能質(zhì)量[J].電氣時(shí)代，2002（08）：42-43.

作者單位

國網(wǎng)福州供電公司 福建省福州市 350009endprint

摘 要

電能早已成為了目前我國一項(xiàng)十分重要的資源，它憑借著自身環(huán)保、便利以及可再生等多個(gè)優(yōu)勢在新時(shí)期社會建設(shè)與發(fā)展中扮演了不可或缺的角色。與此同時(shí)，用電負(fù)荷也在逐漸朝著復(fù)雜化的方向發(fā)展，特別是電力電子變流器在幾年的時(shí)間里就獲得了大范圍的應(yīng)用，隨之而來的是很大數(shù)量的負(fù)荷形成了諧波污染，并對電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生了影響。對此，本文介紹了電力諧波污染出現(xiàn)的主要行業(yè)，分析了諧波污染的重要危害與影響，并提出了幾點(diǎn)治理諧波污染，提高電能質(zhì)量的建議。

【關(guān)鍵詞】諧波污染 電能 負(fù)荷

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與各種技術(shù)水平的提高都向電能質(zhì)量提出了越來越高的要求，同時(shí)越來越多的人們也逐漸將關(guān)注的目光投向電力系統(tǒng)的環(huán)境污染。這就使得綠色電網(wǎng)的建設(shè)工作的地位獲得了極大的提升，并讓人們認(rèn)識到了諧波的危害，對此，制定并實(shí)施相應(yīng)的諧波污染治理措施，從而有效的保障電能質(zhì)量具有十分重要的意義。

1 出現(xiàn)電力諧波污染的主要行業(yè)

通常情況下，諧波污染出現(xiàn)的行業(yè)包括：

1.1 冶金行業(yè)

這一行業(yè)所產(chǎn)生的諧波源一般是電弧爐，而這又通常用在軋鋼的大型交直流傳動設(shè)備中。電弧爐在運(yùn)行過程中的電極始終為短路，這樣一來會耗費(fèi)很多無功功率，還會形成諧波電流，電弧爐所形成的諧波頻譜并沒有任何突出的規(guī)則，大部分為連續(xù)頻譜；

1.2 交通、機(jī)械制造與電力等行業(yè)

上述行業(yè)的諧波源通常是電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)或交流電動機(jī)的變頻驅(qū)動系統(tǒng)，直流電動機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)通常會選用斬波器結(jié)構(gòu)，同時(shí)還會在電網(wǎng)中注入相應(yīng)的諧波電流；

1.3 化工行業(yè)

化工行業(yè)中的諧波源大都是電解槽；

1.4 辦公與家庭

現(xiàn)今，不論是人們的日常工作還是生活都會大量使用到計(jì)算機(jī)以及其他電器設(shè)備，而諧波源則是以全橋或半橋整流電路為代表的諧波負(fù)載和用于照明的熒光燈。

2 諧波污染的危害和影響

電力諧波存在的危害與造成的影響主要表現(xiàn)在四方面：

（1）對供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響，供電系統(tǒng)的變壓器與電力線路兩大部分一般都會采取繼電保護(hù)措施，能夠?yàn)槌霈F(xiàn)故障時(shí)的系統(tǒng)與設(shè)備自身的安全提供了保障。如果諧波的含量超過40%，那么電磁式電器與感應(yīng)式繼電器就會做出誤動作。不僅如此，晶體管繼電器所采用的整流取樣電路同樣也會受到受諧波的影響，出現(xiàn)拒動或誤動。如此，就極大的影響到了供電系統(tǒng)的安全性與可靠穩(wěn)定性。

（2）增加供電系統(tǒng)的附加損耗。諧波電流在供電線路上流動過程中常常會增加整個(gè)系統(tǒng)的損耗。三相系統(tǒng)中，三根相線上的奇次諧波電流在中性線上會直接相加，最終使得通過中性線的電流大于通過相線的電流。當(dāng)中性線的截面偏小時(shí)，非常容易出現(xiàn)溫度急劇升高，并破壞其絕緣性，嚴(yán)重者會出現(xiàn)安全事故。

（3）影響供電設(shè)備與用電設(shè)備的順利運(yùn)行。諧波過大之后很有可能導(dǎo)致額定工作點(diǎn)出現(xiàn)偏移的現(xiàn)象，最終使得設(shè)備功能上的應(yīng)用受到影響，有時(shí)還會被損壞。

（4）降低電力測量與電能計(jì)量的準(zhǔn)確度。畸變的波形往往會擴(kuò)大測量誤差，而調(diào)查資料顯示，誤差通常會高于50%。

3 治理諧波污染，提高電能質(zhì)量的對策

現(xiàn)今，在治理諧波污染所導(dǎo)致的電能質(zhì)量降低問題上，人們通常會采取兩種措施。

（1）在電力電子裝置上做一系列改造，從而保證其不會成為諧波源頭。這種措施獲得了良好的效果，如羅賓康公司生產(chǎn)的高壓大容量完美無諧波變頻器。

（2）安裝諧波補(bǔ)償設(shè)備。目前，不論是在國內(nèi)還是國外，在諧波補(bǔ)償設(shè)備的研究與使用方面都提出了多種不同的技術(shù)方案。其中，人們比較認(rèn)可，而且使用范圍也比較廣的主要包括：無源濾波裝置、有源濾波裝置以及綜合濾波裝置。

3.1 無源濾波裝置

無源濾波裝置實(shí)際上就是無源器件所構(gòu)成的諧波治理與無功補(bǔ)償裝置。這一裝置通常是由不等數(shù)量的無源濾波器并聯(lián)成的，而且所有的濾波器在少數(shù)的諧波頻率周圍會表現(xiàn)出低阻抗，同時(shí)還會吸收一定的諧波電流，以此來降低電網(wǎng)諧波電流，最終實(shí)現(xiàn)抑制諧波。無源電力濾波裝置是現(xiàn)階段應(yīng)用范圍最大的一種諧波治理與無功補(bǔ)償裝置，至今它經(jīng)歷了將近四十年的發(fā)展歷程。盡管它具有一定的經(jīng)濟(jì)性，但是其不足也是比較突出的，主要表現(xiàn)在五方面。

（1）動態(tài)性能差。如果負(fù)載電流發(fā)生了動態(tài)變化，那么其諧波電流的抑制作用將會明顯減弱。

（2）濾波裝置非常容易出現(xiàn)和與電網(wǎng)系統(tǒng)阻抗并聯(lián)諧振的現(xiàn)象，導(dǎo)致諧波擴(kuò)大，并最終影響到濾波電容器的安全。

（3）補(bǔ)償性能的強(qiáng)弱往往會受制于電力系統(tǒng)阻抗。

（4）因?yàn)殡娙萜髋c電感的參數(shù)兩者之間有著一定的誤差，而且在工作中往往會隨著溫度的變化或電容器自身的絕緣老化而產(chǎn)生變化，而這都會使得濾波器實(shí)際諧振頻率和設(shè)計(jì)出現(xiàn)偏差，不利于濾波作用的發(fā)揮。

（5）工作中系統(tǒng)頻率往往會出現(xiàn)偏差，從而引起諧波頻率的偏差，因此，濾波器的阻抗可能會距離極小值越來越遠(yuǎn)，最終造成濾波器抑制效果的減弱。

3.2 有源濾波裝置

有源濾波裝置是電子器件構(gòu)成的諧波治理與無功補(bǔ)償設(shè)備，它一般由電流源型逆變器或電壓源型構(gòu)成，與此同時(shí)，它是借助調(diào)整輸出電壓電流的波形來實(shí)現(xiàn)杜絕諧波電流的。就拿并聯(lián)型有源濾波器來說，它和諧波負(fù)載并聯(lián)，并借助調(diào)整輸出電流的方式來保持和諧波負(fù)載諧波電流的一致，使得通過電網(wǎng)中的電流只為負(fù)載電流的基波部分，最終達(dá)到了諧波抑制效果。有源濾波裝置是最早出現(xiàn)在二十世紀(jì)八十年代，其濾波作用不會受制于系統(tǒng)阻抗，因此濾波效果非常好。不僅如此，它還能抑制系統(tǒng)中的串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振。然而有源濾波裝置同樣也有不足，例如成本比較高，同時(shí)還無法由已有的無源濾波器改造獲得等。

3.3 綜合濾波裝置

綜合濾波裝置實(shí)際上就是上述兩種裝置的結(jié)合體，它同時(shí)具備了兩種裝置的優(yōu)點(diǎn)，并且還解決了諧波治理與無功補(bǔ)償裝置的不足。綜合濾波裝置的主電路結(jié)構(gòu)通常選用無源濾波器和有源濾波器兩者都成，在這種結(jié)構(gòu)中，無源濾波器的作用就是主要濾波，同時(shí)還會補(bǔ)償一部分無功。有源濾波器在這一結(jié)構(gòu)中扮演的角色就是增強(qiáng)與優(yōu)化無源濾波器的性能。不僅如此，無源濾波器還承受了所有的基波電壓與大部分的諧波電壓。有源濾波器僅需承受少量的諧波電壓，也正是由此，有源濾波器的功率才能非常小。由上述可見，綜合濾波裝置能夠應(yīng)用在高壓大功率場合。

3.4 靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）裝置

隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，一種更為先進(jìn)的靜止型無功補(bǔ)償裝置出現(xiàn)了，這就是采用自換相變流電流的靜止無功補(bǔ)償裝置，稱為靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM），如下圖所示。STATCOM在電力系統(tǒng)中具有多種功能：它在高壓和超高壓系統(tǒng)中能大幅度提高有功輸送能力，提高系統(tǒng)的靜態(tài)、動態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性，加強(qiáng)功率振蕩阻尼，穩(wěn)定電壓。

STATCOM由以下幾部分組成：電壓支撐電容，其作用是提供一個(gè)電壓支撐；電壓源逆變器，通過脈寬調(diào)制技術(shù)控制電力電子開關(guān)的通斷，將電容器上的直流電壓變換為具有一定頻率和幅值的交流電壓；耦合變壓器或電抗器，一方面通過它將大功率變流裝置與電力系統(tǒng)耦合在一起，另一方面還可以通過它將逆變器輸出電壓中的高次諧波濾除，使STATCOM的輸出電壓接近正弦波。

從根本上講，STATCOM的基本功能就是從電網(wǎng)中吸收或者向電網(wǎng)中輸送連續(xù)可調(diào)的無功功率，以維持接入點(diǎn)的電壓恒定，并有利于電網(wǎng)的無功功率平衡，隨著大功率電力電子器件的日趨發(fā)展，STATCOM在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛如圖所示。

4 總結(jié)

總而言之，社會建設(shè)的進(jìn)一步深入與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展都向電能質(zhì)量提出了較高的要求，而且廣大用戶的用電意識也在逐漸增強(qiáng)。而諧波治理與電能質(zhì)量之間有著直接的聯(lián)系，因此，做好諧波污染的治理工作勢在必行。不論是政府部門還是企業(yè)，都要對這一工作提起重視，并給予支持，從而保證我國的用電質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]王凌云.供配電系統(tǒng)中的諧波及其抑制[J].電子世界，2010（07）：58-59.

[2]李群.電網(wǎng)電能質(zhì)量污染的危害和影響[J].電子世界，2010（07）：61-62.

[3]包強(qiáng).抑制諧波污染，提高電能質(zhì)量[J].咸寧學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（06）：45-47.

[4]張繼忠，唐偉杰.提高電能質(zhì)量加強(qiáng)諧波污染的防治[J].上海電力，2002（03）：9-10.

[5]劉利宏.治理諧波污，提高電能質(zhì)量[J].電氣時(shí)代，2002（08）：42-43.

作者單位

國網(wǎng)福州供電公司 福建省福州市 350009endprint