變電站（所）電氣系統(tǒng)中諧波的問(wèn)題與控制措施

田興武

摘要：變電站在城市建設(shè)中是不可或缺的一部分，想要保證供電質(zhì)量，必須解決變電站中存在的諧波問(wèn)題，避免電力設(shè)備受到不良影響。本文針對(duì)變電站諧波問(wèn)題和控制措施展開(kāi)分析，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作者提供一定的參考借鑒。

關(guān)鍵詞：變電站;諧波;控制措施

電力系統(tǒng)中，變電站是非常重要的組成部分，其運(yùn)行情況將直接影響電網(wǎng)的運(yùn)行。變電站的諧波問(wèn)題是導(dǎo)致電力設(shè)備出現(xiàn)異常的主要原因，日常工作中必須對(duì)諧波問(wèn)題加以控制，保證電網(wǎng)安全。

一、諧波產(chǎn)生來(lái)源

電力系統(tǒng)出現(xiàn)諧波的原因一般都是因?yàn)槟承┰O(shè)備和負(fù)荷出現(xiàn)了非線性的特征，即電壓和電流之間的關(guān)系為非線性關(guān)系，導(dǎo)致電壓畸變。電源為電力設(shè)備提供的電壓正常應(yīng)該是正弦波形電壓，但是有些電力設(shè)備不是非線性類型，電流不會(huì)隨著電壓產(chǎn)生同步變化，所以電網(wǎng)中會(huì)產(chǎn)生非正弦的電流波形，繼而產(chǎn)生諧波。諧波的出現(xiàn)會(huì)造成電網(wǎng)電壓嚴(yán)重失真，變電站的諧波問(wèn)題更是會(huì)造成嚴(yán)重的安全問(wèn)題。變電站出現(xiàn)諧波的來(lái)源主要有三種：電源質(zhì)量不高導(dǎo)致諧波產(chǎn)生，發(fā)電機(jī)進(jìn)行三相繞組的時(shí)候不能保證絕對(duì)對(duì)稱，鐵心也并不能保證絕對(duì)均勻，所以必然會(huì)導(dǎo)致電源產(chǎn)生一些諧波;輸配電系統(tǒng)，輸配電系統(tǒng)中出現(xiàn)諧波一般是因?yàn)樽儔浩鞔呕€出現(xiàn)非線性的變化，另外因?yàn)樽儔浩髟O(shè)計(jì)的時(shí)候就需要盡可能貼近磁化曲線的飽和段，所以諧波更容易出現(xiàn);用電設(shè)備，電網(wǎng)中此類設(shè)備產(chǎn)生的諧波所占比例要更高一些，很多電器都是非線性特征用電設(shè)備，即便供給電壓是標(biāo)準(zhǔn)正弦電壓，但是也會(huì)造成諧波出現(xiàn)，產(chǎn)生大小和設(shè)備本身的參數(shù)相關(guān)。

二、諧波引發(fā)的危害

變電站運(yùn)行過(guò)程中，如果諧波產(chǎn)生量較大，那么將造成嚴(yán)重的危害，整個(gè)電力系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)電磁能量振蕩，進(jìn)而造成內(nèi)部電壓過(guò)高。系統(tǒng)出現(xiàn)了變化以后，可能會(huì)導(dǎo)致參數(shù)滿足共振條件進(jìn)而誘發(fā)嚴(yán)重的共振，燒毀電壓互感器。例如某220kV變電所，該變電所的變壓器有兩臺(tái)，220kV線路一條，66kV線路多條，主要用于當(dāng)?shù)氐墓I(yè)和農(nóng)業(yè)用電。該變電所負(fù)荷一年四季變化不明顯，負(fù)荷率大約為80%。但是因?yàn)樵撟冸娝趨^(qū)域存在一個(gè)需要單獨(dú)供電的鋼鐵冶煉企業(yè)，負(fù)荷相對(duì)較高，造成的諧波問(wèn)題也比較嚴(yán)重，對(duì)于整個(gè)地區(qū)的用電環(huán)境都造成了影響。

變電站產(chǎn)生的諧波問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致電力設(shè)備出現(xiàn)集膚效應(yīng)，使用過(guò)程中導(dǎo)致電力系統(tǒng)中的設(shè)備損耗率上升，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備溫度升高，降低整個(gè)系統(tǒng)的利用率。另外，諧波還會(huì)對(duì)變電站的繼電保護(hù)造成不良影響。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷向強(qiáng)發(fā)展，信息時(shí)代的到來(lái)，諧波測(cè)量技術(shù)正在不斷發(fā)展進(jìn)步，智能技術(shù)正在逐漸應(yīng)用到諧波控制中，所以未來(lái)對(duì)于變電站諧波的控制必然將會(huì)越來(lái)越快速有效。

三、諧波控制措施

1. 諧波污染測(cè)量

為了對(duì)變電站的諧波分布和產(chǎn)生量進(jìn)行詳細(xì)確認(rèn)，就必須采取精確的測(cè)量方式進(jìn)行電力系統(tǒng)諧波測(cè)量。諧波測(cè)量需要參考實(shí)際的電壓、電流、畸變率、頻譜情況，常見(jiàn)的測(cè)量方法包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、小波變換方法、瞬時(shí)無(wú)功功率法、快速傅氏變換法等等。其中最為常用的方法就是快速傅氏變換法，這種方法雖然測(cè)量的精度有所犧牲，但是測(cè)量速度較快，能夠快速得出諧波的具體參數(shù)。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以進(jìn)行短時(shí)間內(nèi)多次的諧波分解。而目前正在大力研發(fā)的方法是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，這種方法需要利用人工智能算法進(jìn)行計(jì)算，能夠具備更好的容錯(cuò)能力，未來(lái)發(fā)展必然能夠發(fā)揮出更理想的效果。

2. 諧波防治措施

現(xiàn)如今，解決變電站諧波問(wèn)題的主要方法有兩種，一種是人工改造諧波源，另一種則是安裝補(bǔ)償裝置。第一種方法自然是解決問(wèn)題的根本措施，但是這種方法的難度非常大，不能廣泛推廣使用。第二種方法安裝補(bǔ)償裝置，也就是濾波器，是當(dāng)前較為流行的控制措施。

電壓無(wú)功綜合控制措施。電力系統(tǒng)中，諧波分量和無(wú)功功率之間的關(guān)系是不存在的，所以處理變電站的諧波分量可以在電容器上串聯(lián)電抗器，幫助削弱諧波的同時(shí)能夠?qū)o(wú)功功率加強(qiáng)控制。所以，在無(wú)功功率控制系統(tǒng)中加入諧波控制已經(jīng)成為了當(dāng)前變電站的主要應(yīng)用方法。電力系統(tǒng)中，如果電容器的容抗值對(duì)比電網(wǎng)的感抗值更高，那么電力系統(tǒng)的諧振問(wèn)題出現(xiàn)幾率基本能夠降到最低，若是電容器的容抗值對(duì)比電網(wǎng)的感抗值更低，那么電力系統(tǒng)就可能出現(xiàn)諧振問(wèn)題，必然導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。諧波問(wèn)題出現(xiàn)以后，導(dǎo)致事故的常見(jiàn)原因就是并聯(lián)電容器，能夠解決這一問(wèn)題就能夠加強(qiáng)對(duì)諧波的控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的合理治理。

有源電力濾波器控制措施。變電站最開(kāi)始出現(xiàn)諧波問(wèn)題的時(shí)候，通常使用的控制方案就是加入無(wú)源濾波器，通過(guò)非線性負(fù)載并聯(lián)的方式對(duì)諧波進(jìn)行阻擋，產(chǎn)生電阻性的通路，這種方法應(yīng)用較為簡(jiǎn)單，效果也比較好，受到了眾多變電站的廣泛歡迎。但是雖然這種方法使用簡(jiǎn)單，效果好，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需要針對(duì)特定的諧波進(jìn)行控制，可能會(huì)導(dǎo)致部分諧波放大，所以目前這種濾波器已經(jīng)逐漸淘汰使用，取而代之的就是有源濾波器。有源濾波器對(duì)比無(wú)源濾波器，前者的應(yīng)用可靠性更高，而且響應(yīng)速度也更快，能夠?qū)Ω鞔沃C波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，自動(dòng)輸出無(wú)功率。所以，有源濾波器的實(shí)際應(yīng)用效果明顯要更明顯一些。目前在變電站中應(yīng)用的有源濾波器多數(shù)是PMW電壓逆變器有源濾波器，補(bǔ)償電流方式有三種，分別是滯環(huán)比較控制、無(wú)差排控制以及三角載波線性控制。

四、結(jié)論

綜上所述，變電站產(chǎn)生的諧波問(wèn)題目前并沒(méi)有完全去除的可靠方法，所以對(duì)于此類問(wèn)題必須通過(guò)有效的控制措施進(jìn)行合理控制。變電站的諧波源分布較廣，控制過(guò)程必須嚴(yán)格綜合考慮所有問(wèn)題。具體控制措施可以通過(guò)諧波源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和有源濾波器的使用入手，保證整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

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