配電網無功和諧波控制的節能技術研究

李雪云　謝笑寒　董新

摘 要：近年來隨著我國綜合國力的不斷提升，科學技術領域也取得了重大突破，我國的電力事業也在不斷改進，但是隨著人們用電需求的增大和對電網系統的高要求，傳統的配電網絡已經不能滿足日常生活的需要。本文針對這一問題，詳細闡述無功和諧波定義、電力系統中諧波的危害以及采取的節能措施。希望對電力系統的改進和完善提供一定的參考。

關鍵詞：無功和諧波；危害；節能措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.139

0 引言

節能環保問題一直是近年來國家所提倡的，不僅是工業領域，電力系統同樣要達到節能環保的標準。我國的電力系統在運行過程中還不完善，浪費資源的現象時有發生。在配電網中產生的干擾諧波極易破壞電力系統的正常運行，再加上無功補償不夠，導致電網系統功率達不到要求。發電廠輸送的電力虧損嚴重的同時電能質量也受到嚴重影響，因此研究諧波的產生及危害，并采取相應的防治措施是當前我國電力事業的首要任務。

1 諧波的定義及其產生原因

（1）諧波的定義。諧波是區別于正常波段的一類波形，諧波所具有的頻率是正常電流波段所具有頻率的整數倍，諧波的電量是基波頻率整數倍電流所產生的，在這個過程中通常伴有傅立葉級數的分解。廣泛的來說，產生交流電的頻率一般為單一頻率，也被稱作工頻頻率。所以只要是與工頻頻率不在一個波段的波形都被認為是諧波，此時諧波的定義已經不在局限于原有的單一解釋。因此也演變出分數諧波、簡諧波、次諧波等不同的定論和稱謂。

（2）產生諧波的因素。諧波的產生主要來自于以下三方面：一是發電機的質量不過關導致諧波的產生，在三相繞組的制作時如果做不到很好的對稱，鐵芯也會隨之偏離原有的方向。從而產生少量的諧波，影響電力系統運行。二是在電能輸送中產生諧波，主要是變壓器鐵芯上的電磁力達到飽和，再繼續加大電流的輸送量會使原本的正弦波頂端發生銳變。鐵芯的飽和越高，正弦波的變化也越大，二次諧波和三次諧波產生頻率也越高。三是用戶處產生的諧波，像洗衣機、電視等家用電器，本身具有的特性就決定了諧波的產生[1]。

2 無功和諧波在電網中產生的危害

（1）電網質量受到嚴重危害。用戶電網系統中采用的是中性線，中性線在工作中隨著負載的增大會出現很多三次諧波。三相配電線路中，中性線上會不斷疊加三次諧波，這就會使得中心線上的諧波電流比其他相線上的電流高的多。當三次諧波的電壓和電流頻率處于同一個水平線上時，有功功率和無功功率同時產生，兩類功率相互沖突使電壓大大降低，使電網容量遭到破壞。以上情況任意出現一種，都會給電網質量帶來嚴重的危害，影響電網系統的正常運行。

（2）變壓器受到嚴重影響。變壓器是電網系統的重要組成部分，諧波的產生對變壓器的影響十分巨大。諧波會使變壓器銅和鐵的消耗量大大增多，還會使其受到噪聲污染減少變壓器壽命。諧波的存在不僅會大量消耗銅鐵，還會損耗電阻原件、渦流原件及其他部件。在諧波的干擾下，波形會紊亂變形，變壓器鐵芯的電磁損耗也有所增加[2]。在對變壓器進行選擇時，需要確保變壓器有足夠容量能抵抗諧波的干擾。

（3）電動機受到的嚴重危害。諧波對電網系統的各個方面都有或多或少的影響，其中對電動機的損害程度比較嚴重。諧波的產生會增加電動機的損耗，使其功率下降的同時產生發熱現象，嚴重的則會燒壞電動機使電網系統癱瘓。電動機中還存在負序諧波，有諧波的產生就會有磁場的運轉。由于諧波是負序的，其旋轉方向和電動機正常的旋轉方向相互反向，因此會阻止電動機的正常運轉，削弱電動機工作效果。當諧波電流與電動機中某個零件頻率達到一致時會發生共振現象，使電動機發生劇烈振動，產生很大的噪聲[3]。

3 防治和避免無功和諧波采取的措施

（1）調大整流變壓器相數。電網系統中的大多數設備都具有整流元件，整流元件的存在也會產生相應的諧波，無疑使配電網絡的做功受到影響。擴大整流變壓器的相數或脈動數，能在一定程度上降低諧波對配電網絡的影響，這也是工程經常用到的手段之一但是該技術手段所需要的投資較大，一些小型企業無法負擔相關的費用，因此該方法并不能在電力系統的研究中大量普及，該技術多用于大型電廠的整流裝置。

（2）在技術支持的條件下盡量提高功率因數。這里指的功率因數也是整流器的，在傳統消減諧波的方法中，整流器多重化是常見的方法之一。但是通過多重化組成的整流器在提高功率因數方面還有一定的局限和缺陷。因此在整理流器開始設計時就要注意對其本身的材料和結構進行仔細的研究與改造，使電流與電壓在同一相位上，從而達到提高整流變壓器功率因數的目的。

（3）采用無源電力濾波器抑制諧波的產生。無源電力濾波器是我國傳統的減少諧波產生的方法，該方法是在諧波產生后在最大程度上進行消減和清除。在顯示器上顯示的變形正玄波，通過計算機經過傅里葉變化將倍數諧波轉化為基波或者是倍數較小的次諧波，再通過一系列的設備將諧波基本消除。無源濾波器主要由電容器、阻抗等原件組合而成，該設備主要用于變化不大的配電網絡中，通過改變阻抗達到消減諧波的目的[4]。此方法不僅能消除諧波影響還能補充無功功率，價格合理適合廣泛推廣。

4 結束語

當今社會是信息技術快速發展的社會，計算機和各類網絡化技術都不斷運用于新的行業，并得到大力推廣。在配電網絡中，各種新技術和設備的使用更是層出不窮，針對于目前配電網絡無功和諧波的問題，本文進行了詳細的闡述。通過介紹諧波的定義、危害及解決措施，在一定程度上達到節能減排的目的，也為以后的研究提供參考。

參考文獻：

[1]朱建紅，常偉，潘文霞.具有諧波分頻補償功能級聯靜止同步補償器[J].電氣傳動，2013（05）.

[2]戴衛力，費峻濤.電力電子技術在電力系統中的應用[M].機械工業出版社，2015（06）.

[3]武建文，李德成等.電機現代測試技術[M].第2版.機械工業出版社，2015（10）.

[4]熊杰鋒，李群，袁曉冬等.電力系統諧波和間諧波檢測方法綜述[J].電力系統自動化，2013，37（11）：125-133.