電力系統諧波檢測與治理探討

摘 要：隨著電力負荷的增加，電網中的諧波污染也日益加重，危害著電網及各種電力設備安全可靠運行。諧波危害已經引起了廣泛關注，更多的方案已經被應用于實際中。對諧波進行有效的檢測和治理，不僅具有重要的現實意義，還具有極大的工程價值。

關鍵詞：電力諧波；檢測；治理

前言

隨著經濟的高速發展，電力行業的工業化水平也在不斷增長。一方面電力電網裝機容量的不斷加大、設備的廣泛使用，使得越來越多的電子器件參與其中。而這些器件產生的諧波信號和電流混入電網，后果就是導致電能質量下降，對系統內的其他設備產生消極影響，對廣大用戶也產生了嚴重危害。電力系統的三大公害包含電力系統諧波、電磁干擾、功率因數降低等三種。積極認識、研究諧波產生的機理，以控制和消除多次諧波，對于改善電網電能質量、保障電力設備經濟運行具有重要的經濟意義。

1 電力系統諧波的產生

諧波產生大致可以歸結為：電能源頭質量不高產生的諧波，輸、變、配電過程中產生的諧波，用電設備所產生的諧波等。常見的諧波源設備例如旋轉電機、變壓器、電弧設備、電力電子裝置等等。

2 電力系統諧波及危害

電能的利用依賴于穩定可靠的電源供應，而后者則基于有可控頻率和電壓的有效協調。發電和輸電環節是以標稱不變的水平運轉，以電源調節或變換的方式進行彌補。在正常的交流電網絡中，各相電壓是時間的周期性函數，呈正弦波形，用電部門和單位都希望電壓能一如既往地持續保持這一理想狀態，而當電壓偏離正弦波形，是由于某些非線性特性的電子元件的影響。

在電力系統中，諧波電壓和諧波電流對用電器材設備乃至電網系統本身都會造成嚴重的危害，其主要分為以下幾類：（1）暫態諧波。其產生是由于電氣元件的動作引起，另外各種執行設備的故障，也會產生暫態諧波。（2）穩態諧波。電力系統中的非線性負荷越來越多地應用，也導致穩態諧波數量的攀升。

諧波的危害主要體現在：使電能利用效率降低，導致電氣設備過熱、產生振動和噪聲，使用壽命縮短，甚至發生故障或燒毀。諧波可引起電力系統局部并聯諧振或串聯諧振；還會引起繼電保護和自動裝置誤動作，使計量出現混亂。對于系統外部，對通信設備和電子設備會產生嚴重干擾。

3 諧波檢測方法

消除諧波的方式很多，以下幾類是常用的、具有工程實際推廣意義的方法。

3.1 有源濾波器

它是在無源濾波的基礎上發展完善起來的。其實質上是一個理想諧波源，即時產生與系統諧波的大小和相位反相的諧波，注入系統以抵消該次諧波，達到濾波的目的。在其額定的無功功率范圍內，理論濾波效果較好。缺點是造價較高，誤差控制導致有源濾波器的性能受到影響。

3.2 無源濾波器

通常安裝在設備的交流側，由多元件構成諧振回路，當諧振頻率和某一高次諧波的頻率相同時，就可“中和”該次諧波。

3.3 合理選擇變壓器和電容器

合理地選擇變壓器的接線方式，可以有效阻止不平衡電流，以及3N次諧波電流從原邊注入到系統中。而在三角形、星形變壓器里，不平衡電流和3N次諧波電流在原邊繞組內循環流動，不會注入電源配電系統中。為了能夠改善功率因數和調節電壓，在電網中常使用如并聯電容器組等設備。

3.4 人工智能技術

人工智能技術的不斷突破和飛速發展也使得利用神經元替代自適應濾波器成為很好的選擇，這不僅因為其特有自適應和自學習能力，而且輸入輸出關系明晰，結構簡單。目前的瓶頸在于人工神經網絡的硬件問題使得應用范圍受到限制。

4 電力系統諧波治理措施

4.1 相數調整

整流器是存在于供電系統中的主要諧波源之一，通過提高整流的相數或脈動數，可以消除低次諧波，減少諧波含量，達到抑制諧波效果。此種方法缺點是應用中的投入成本過大，因此從經濟角度來看并不是最佳。應用場合多用于大容量的整流裝置負載。

4.2 防止諧波放大

主要是防止并聯電容器組對諧波的放大。眾所周知，并聯電容器在電網中起提高功率因數，以及調節波動電壓的作用。為避免電容器對諧波的放大，一般采取的措施是：改變限流電抗器；限制電容器的投切容量。

4.3 接線方式

根據需要，通過星形或角形接線方式，可抑制三倍次高次諧波，電流不通，就被抑制消除。

4.4 高功率因數整流器

高功率因數整流器是一種通過對整流器器件本身進行改善，嚴格控制其產生諧波、同相位電流和電壓的組合裝置。利用多重化整流器來減少諧波是一種傳統方法。此種整流器可以被稱為單位功率因數變流器（UPFC）。該方法只能在設備設計選型過程中加以注意，從而達到實際而有效的抑制效果。

4.5 多重化整流電路

利用方波疊加得到接近正弦波或階梯波，以消除較低次的諧波。重數越多，波形越接近正弦波。與此同時電路也相應越復雜，該方法常用于大容量多負荷情況。

諧波抑制的方法有多種，可以改造諧波源本身，或者基于諧波補償裝置功能進行抑制。這里面有源濾波器是今后諧波抑制的發展方向。

5 結束語

電力諧波治理應該著力于：重組電網結構，電能質量檢測系統的搭建和完善，提高檢測技術與裝備水平，使用電源凈化濾波設備進行治理等方面進行更多嘗試和探索。如何趨利避害，合理治理、利用電力系統諧波，是從業者需要認真反思的課題。隨著行業的重視，近年來設計、運行、維護經驗的逐步積累，可以更好地推動無功補償和諧波抑制技術的進步，打造潔凈綠色的電力系統環境。

參考文獻

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[2]呂潤馀.電力系統高次諧波[M].北京：中國電力出版社，1998.

[3]陳偉華.電磁兼容實用手冊[M].北京：機械工業出版社，1998.

作者簡介：薛麗榮（1983，3-），女，河北省石家莊市，石家莊科林電氣股份有限公司，中級，學士，電力電子。

韓寧（1983，11-），男，河北省石家莊市，石家莊科林電氣股份有限公司，中級，學士，電力電子。