諧波治理設備在供配電系統中的應用

袁成瑞

摘 要：隨著我國社會經濟的飛速發展，科學技術也在不斷提升，電力電子技術也正不斷開發，在交通、電力系統等領域中，各類電子裝置應用廣泛，與此同時，電網中的非線性負荷也在飛快增加，這給電力系統帶來了不利影響，其中諧波污染是危害最大的污染。如果能夠供配電系統中應用諧波治理設備，就能使諧波得到有效的抑制，是功率因素大大升高，保障供電系統的安全有序運行。本文從電網構成中諧波的危害著手，對目前供配電系統中諧波治理設備的應用進行了分析，并對有源濾波器的應用效果進行了驗證。

關鍵詞：諧波治理；供配電系統；應用

中圖分類號：TM761 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）07-0171-01

近幾年來，以我國經濟發展迅猛為背景，在生產實踐中，變頻設備、電源設備等的廣泛應用，雖然促進了生產效率和生產質量的提高，但是這些設備的運行會促使諧波電流的產生，影響了供電系統和周圍設備，使其出現電流、電壓的波形嚴重失真的情況。諧波污染還會使各種用電設備的使用效率大大降低。為使電能質量得到提高，要將有源電力濾波器等設備進行引入，使供配電系統的動態補償得到充分實現。

1 諧波污染危害

整流電路設備是引起諧波的源頭，也是電網規模不斷發展、擴大的必由之路。在工業上，諧波源通常涉及電力電子裝置。從性質和特點上看，諧波的類型很多，一般有波動諧波、間諧波和穩態諧波等，因為其不確定性和多態性，要觀察它們在現實生活中的特點，并對其規律進行總結，才能使諧波屬性得到確定，以進行針對性的治理。只要有諧波產生，就會影響到電網的正常運行，使電網的供電質量下降，比如對斷路器和用電設備產生不利的影響[1]。

1.1 公用電網的額外損耗增高、輸配電設備的運行效率降低

變壓器、電容器和其他的感性設備有過熱現象出現，如果在這種狀態下長期運行，就必然會使設備的使用壽命降低，而電氣設備和電纜線路的絕緣老化以及擊穿現象是由于諧波導致的。

1.2 電能計量發生紊亂

大量的高次諧波電流在供電系統中，會對電能計量裝置的計量精度產生嚴重的影響，干擾計量的精確度。并且，還會使電能計量裝置損壞，導致中線過載的現象，甚至會導致火災事故的發生。

1.3 產生諧波

諧波的產生不僅會影響到供配電系統，還會對通信和信息系統的運行呢產生不利的影響，是通信質量大大降低，如果情況嚴重，還會導致信息丟失，使工控系統的作用很難發揮。由此可見，諧波的危害是不可忽視的，想要實現供配電系統的安全可靠運行，就必須加強對諧波的治理。

2 諧波治理設備在供配電系統中的應用

一般情況下，諧波常出現在10kV及以下電壓等級的供配電系統中。針對諧波治理，可以從預防和治理2個角度入手，前者從源頭入手，避免諧波的產生，通過改進設備內部結構，抑制諧波的形成；后者可以改變系統饋線參數、或者安裝諧波治理裝置，進行諧波補償。具體主要從以下幾方面入手[2]。

2.1 整流設備

整流設備的諧波產生和脈動數有直接的關系，兩者呈正相關。諧波的次數越大，諧波的電流就會小。所以，在實際生產中，要使整流設備的脈動數提高，才能使諧波的產生受到抑制。然而想要增加整流設備的脈動數量，就要使裝置的配置提高。一般情況下，大功率的整流裝置都要使用十二、二十四脈整流，但是小功率能夠進行脈寬調制技術的引入，使整流器輸入的電流和正弦波相近，電流與電壓還能夠同相位，進而使大部分的低次諧波消除，將諧波的分量控制在合理的范圍。

2.2 供電設備

對于供配電系統來講，能夠使變壓器繞組改變，使產生諧波的現象大大降低。在運行發動機時，如果電能與標準相符合就能進行提供，在根源上減少或消除諧波電動勢。也可以用星型的方式進行連接，避免產生三次或倍數諧波。只有考慮實際情況，才能使諧波治理技術得到有效的提升，使諧波的性質和類型明確，有針對性的解決諧波問題。

2.3 無源電力濾波器

依照一定的拓撲結構連接電容元件和電感，再與參數相結合配置，消除某次諧波的叫做無源電力濾波器。在實際應用中，是由裝置阻抗比和配電系統確定濾波特性的，由于其具有結構簡單的優勢，方便了日后的維修[3]。然而在實踐中，有幾個問題需要注意：（1）無源電力濾波器只能對最初設定的濾波，靈活性不足，不能進行濾波和調壓以及無功補償間的關系協調，還可能會影響部分濾波，和預期目標不一致。如果碰到成分比較復雜的濾波，要進行具體處理才能使濾波的濾除效果提升。（2）復雜的系統運行情況。這種現象會使濾波的效果不穩定，過高的濾波強度會導致設備、元件損壞。想要使這種問題得到解決，就需要引入有源電力濾波器，使諧波治理的效果提升。

2.4 有源電力濾波器

近幾年來，隨著國民經濟的不斷增長，居民生活水平的不斷改善，人們對于電力資源的質量也有了更高的要求，由于無源電力濾波器在諧波治理中的作用不明顯，所以將有源電力濾波器引入電力系統中意義重大，特別是在供配電系統中。在系統中，這個設備可以將供配電系統中電流運算部分中的無功、諧波電流進行提取，變流器再對它進行電流補償。經過這些處理，可以使電網中的諧波電流成分得到降低甚至消除，來使電網的運行質量得到提升，給居民提供良好的用電體驗。相比較無源電力濾波器來說，有源電力濾波器的優勢更加明顯，可以使開關器件和開關頻率產生的濾波得到有效的清除，并有針對性的處理供配電系統中產生的諧波情況[3]。并且，這個裝置在運行過程中不會有過載的現象發生，在運行時保持額定內量，因此在實際應用中，可以廣泛推廣有源電力濾波器，使諧波治理可以更加高效，保障電力系統的安全、穩定運行。

3 結語

雖然諧波的危害是用多種形式表現出來的，但是諧波電流是致使這些危害的根源。也就是非線性設備在運行時，給電網發射諧波電流，所以，諧波治理的根本目標就是使電網注入的諧波電流的負載減小，也就是讓電流的波形盡可能的變小，由于諧波問題的源頭是諧波電流，即使在一些情況下，諧波治理的目的是為了保障電網的電壓畸變率能夠在國標范圍之內，然而問題最終還是要回到控制諧波電流上。非線性負載的電源入口是進行諧波治理的最好位置，這也就意味著要將非線性的負載變為線性負載，在這種情況之下，諧波引起的問題也就都能解決了。因為諧波源消除了，之前的配電系統就如同在傳統的線性負載之下工作，沒有安全隱患。對于設計人員來講，不管是設計配電系統還是設計制造系統，都能夠依照傳統的規范，不用再對諧波引起的各種風險進行考慮。很多的發達國家都是依照這種方法來進行諧波治理的。

即使在諧波治理中從非線性負載的電源入線端是最好的策略，但是由于這種方案的設計成本比較高，要依據實際的情況來制定詳細的解決方案。一般來講，能夠把就地諧波治理和部分諧波治理相結合，從而形成一個高性價比的解決措施。對于功率比較大的諧波源負載來說，在諧波治理中積極的引入有源電力濾波器就能得到很好結果，使電網注入的諧波電流有效的減少。如果諧波源負載的功率比較小，非線性負載又較為分散，可以在母線上進行統一的治理。在進行解決方案的設計時，能夠依據配電系統的實際情況，使諧波治理效果完美。

參考文獻

[1]于振華，薛守民.談無功補償裝置諧波治理技術在配電線路上的應用[J].通訊世界，2017，（01）：220.

[2]姚元燈.低壓電網諧波治理和無功補償裝置的合理選擇[J].科技風，2014，（16）：29.

[3]張鐵龍，徐公林，桃霞.諧波抑制與濾波裝置的應用[J].電氣開關，2009，（4）：75-78.

[4]魏陽，索忠偉，李文容.數字濾波器在實時濾除心電干擾中的設計與應用[J].微計算機信息，2006，（4）：40-42.