諧波濾除對節電率的影響及其仿真研究

摘要：諧波損耗會引起電網線損增加，為此需要對諧波進行濾波操作以降低線損。現對諧波損耗算法進行了研究，從理論上分析了諧波對線損和節電率的影響，并通過仿真軟件進行了驗證。仿真結果表明，超過國標的諧波帶來的損耗較大，濾波可以降低線損，提高節電率，改善電能質量。

關鍵詞：諧波損耗;線損;節電率;仿真

0 引言

電網中的諧波會引起電氣元件的額外電能損耗。近年來，隨著各種非線性負荷及電力電子設備在電網負載中所占比例的急劇增加，大量的諧波源引起電網供電品質下降，同時引起電能損耗增大。《電能質量公用電網諧波》（GB/T 14549—1993）規定了各等級電壓的諧波限值，但關于諧波損耗的研究分析并不多，對諧波損耗與節能降損的關系探討也較少，而實際上諧波損耗是一個很重要的能耗指標。諧波損耗計算對電網節能降損和電力用戶的諧波治理均具有積極意義。

1 諧波損耗計算方法

目前關于諧波損耗的理論研究主要有諧波潮流法和估算法。諧波潮流法能精確計算出諧波潮流，但要獲取全網諧波數據非常不易，計算量很大。估算法在能夠計算出基波線損的基礎上，對諧波損耗的估算也是相當準確的，可以應用于局部區域或個別元件諧波損耗的計算。本文主要對諧波損耗估算法進行了研究分析，利用諧波電流畸變率進行諧波損耗的計算。

一般認為電網的穩態供電電壓波形為工頻正弦波形，為了表示出畸變波形偏離正弦波形的程度，一般用諧波含量、總畸變率和h次諧波的含有率來描述。第h次電壓、電流諧波含量分別用HRUh、HRIh表示：

以上即為工程上計算諧波損耗的估算方法，考慮不管有無集膚效應，諧波損耗均為基波損耗的一部分，與基波損耗存在一定的比例關系。從能量平衡的觀點來分析，該估算方法也是合理的，小部分轉化為諧波功率的基波功率，變為注入電網的諧波電流源，其中一部分諧波功率返回發電機和系統阻抗，分別被發電機所吸收和被系統電阻所消耗，大部分諧波功率被負荷電阻所吸收。

2 諧波對線損和節電率的影響分析

根據該公式可較為精確地計算出不同濾波效率下的諧波占基波損耗的比例，從而得知濾波設備在消諧方面的節電率。

3 仿真分析

為進一步分析諧波損耗對線損和節電率的影響，本文利用MATLAB/SIMULINK建立仿真模型，對不同諧波畸變率的諧波損耗進行仿真分析。仿真參數：電源容量1 200 MW;電壓500 kV;負荷為整流阻感性負載1 000 MW;6脈波整流。濾波裝置參數：C型濾波器150 Mvar，雙調諧濾波器150 Mvar，高通濾波器150 Mvar。

仿真主電路圖如圖1所示。

濾波裝置投切后，通過調整負載參數，改變負荷注入電網的諧波畸變率，測量諧波損耗數據如表1所示。

表1的仿真測量數據表明，超過國標（110 kV諧波標準為2.0%，電壓等級越高，諧波標準數據越小）的諧波被濾除后，節電率較高，同時諧波損耗也較大。諧波含量越低，諧波損耗也較低，同時濾波節電率也較小。

4 結語

本文對電網諧波損耗進行了研究分析，推導出適用于工程實踐的諧波損耗算法，并研究了濾波對節電率的影響，為諧波污染治理的定量計算和電網節能降損工作提供了有力支撐，對電網電能質量的研究和管理具有一定意義。

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收稿日期：2020-09-08

作者簡介：郝俠（1977—），男，江蘇南京人，高級工程師，研究方向：電氣自動化。