電力系統諧波危害產生原理與綜合治理體系的構建

陳猛

摘 要：現階段，在國內的電力系統中，電力電子裝置的應用越來越多。雖然這在一定程度上提高了系統運行的穩定性，但諧波污染也隨之加重，由此給系統和用電設備的正常運行造成了一定的影響。基于此，首先簡要分析了電力系統中諧波的危害和產生原理，然后對電力系統中諧波綜合治理體系的構建進行了論述，期望能夠對確保電力系統的安全、穩定、可靠運行有所幫助。

關鍵詞：電力系統；諧波電流；綜合治理；濾波器

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.118

1 電力系統中諧波的危害和產生原理

1.1 危害

諧波對電力系統的危害具體體現在如下幾個方面：①電力系統諧波使電網元件產生了附加損耗，易降低發電效率和輸配電效率，尤其在大量三次諧波流過三相系統的中性線情況下，有可能引發火災事故。②諧波會對電氣設備的正常運行造成嚴重影響，不僅增加了電機的損耗，還會引發機械振動和過電壓現象，導致變壓器局部溫度升高。如果電纜、電容器等設備長期受諧波影響處于過熱狀態，則會造成設備絕緣老化，大幅縮短設備的使用壽命。③由于大部分電氣測量儀表都是按照工頻正弦波形設計的磁電型和感應型儀表，所以電氣測量儀表受諧波的影響較大，會大幅度降低電氣測量儀表的準確性。除此之外，諧波還會導致繼電器保護裝置和自動裝置誤動作。④在通信系統中，諧波會對通信信號產生干擾，降低通信質量。如果諧波與通信系統極為接近，甚至會導致信息丟失，阻礙通信系統的正常運行。⑤目前，電磁環境生態的影響已經成為了新的研究領域，已有證據證實，高次諧波會對人、動物和生態環境造成一定影響。

1.2 產生原理

在電力系統中，諧波的產生與以下幾個方面的因素有關：①電源質量。電能主要是由發電機產生的，因發電機內部的三相繞組在制作過程中很難絕對對稱，加之鐵芯也無法絕對均勻，所以電源就不可避免地產生了一定的諧波。②輸配電系統。輸配電系統是電網的重要組成部分之一，該系統內的電力變壓器是諧波產生的來源之一。因變壓器鐵芯均為飽和狀態，加之磁化曲線的非線性特征，使工作磁密通常會選在磁化曲線的近飽和段上，由此便會導致磁化電流呈尖頂波形，其中含有奇次波形。此外，變壓器的鐵芯飽和程度越高，其工作點與線性就偏離得越遠，由此所產生的諧波電流就越大，三次諧波電流能夠達到額定電流的0.5%左右。③用電設備。以上兩種諧波源產生的諧波比例相對較小，用電設備產生的諧波所占比例較大。由于常規的用電設備均具有非線性的特征，所以就算供給其標準的正弦波電壓，也會產生諧波電流，而且這部分諧波會直接注入到電力系統當中，從而使系統各處電壓產生一定的諧波分量。

2 諧波綜合治理體系的構建

由上述分析可知，諧波對電力系統的危害非常嚴重。為了減輕諧波的危害，確保電力系統安全、穩定、可靠運行，應當構建一套完善的綜合治理體系。通過采取技術措施和管理措施，雙管齊下，對諧波進行有效的防治。

2.1 技術措施

濾波器是抑制電力系統諧波最有效的設備之一，較為常用的濾波裝置有以下幾種：①PPE（無緣濾波器）。這種濾波器由電容器、電抗器和電阻器組成，最為突出的特點是結構簡單、運行可靠、便于維護、投資少、效率高等，可對高次諧波形成低阻抗通道，同時，PPE還具備無功補償功能。雖然PPE的優點較多，但缺點也比較明顯，即只能消除特定的幾次諧波，而且對某些次諧波有放大作用，嚴重時，甚至會引起諧振。②APF（有源濾波器）。這是一種能夠對諧波電流進行實時補償的裝置，它的工作原理是借助功率可控的半導體器件向電網中注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流，使總諧波電流歸零。APF的優點是能夠對諧波、無功和負序分量進行實時補償，但該裝置在運行過程中需要承受來自于電網的基波電壓，導致逆變器的容量較大，APF的造價較高。③混合型濾波器。所謂“混合型”，就是將APF和PPF結合在一起使用，這樣便可以實現優勢互補，進而達到有效抑制諧波的目的。鑒于此，在抑制電力系統的諧波時，應當將混合型濾波器作為首選。

2.2 管理措施

諧波的管理措施主要有：①定期普測電力系統中各變電站的母線電壓畸變率，及時掌握電網諧波污染情況，并對電網諧波的發展趨勢進行預測。②加強對重諧波源用戶的實時監控，將諧波在線監控裝置安裝在該用戶的電源側，監控諧波在電力系統中的情況。利用在線監控系統及時了解諧波電壓、電流情況，一旦諧波電壓、電流超過了預設的標準值，系統就會自動記錄此次諧波超標事件中的超標時間、最大值、最小值、平均值等信息，使電力部門掌握諧波情況，及時分析諧波危害，采取應對措施。③建立諧波源客戶技術檔案。技術檔案中需要記錄信息主要有諧波源設備的性質、類型、容量、接入系統點的短路容量，主接線、電容器、濾波器的相關參數，諧波源設備在采取濾波措施后的效果，諧波源設備投運后對線路線損的影響以及設備投運前后線路線損率的對比。當諧波源設備所產生的諧波電流導致公共連接點諧波電壓出現超標的狀況時，必須立即采取限制措施。

3 結束語

綜上所述，對于電力系統而言，諧波電流、電壓屬于一種比較嚴重的污染，會導致用電設備所處的環境惡化，并對通信系統和公用電網以外的設備造成危害。因此，我們必須了解諧波的產生機理，然后采取有效的技術措施和管理措施綜合治理諧波，以此確保電力系統安全、穩定、可靠運行。

參考文獻

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〔編輯：王霞〕