淺談電力系統諧波測量與防治

肖密波 李麗君 楊豫慶

摘要：電能質量的好壞除了用電壓波動率和頻率來衡量外，電壓、電流的波形質量也是十分重要的衡量指標，目前電力系統諧波危害已經引起了各個部門的關注，為了整個供電系統的供電質量，必須對諧波進行有效的檢測和治理。

關鍵詞：電力諧波;檢測;治理

一、前言

目前，諧波與電磁干擾、功率因數降低被列為電力系統的三大公害，因而了解諧波產生的機理，研究和清除供配電系統中的高次諧波，對改于供電質量、確保電力系統安全、經濟運行都有著十分重要的意義。

二、諧波的測量

2.1電力系統諧波測量的基本要求

2.1.1諧波測量方法和數據處理必須遵照1993年國家頒布的標準GB/T14549—93，即《電能質量公用電網諧波》。

2.1.2精度要求。為達到減少誤差和精確測量的目的，須制定一些測量精度，以表示抗御噪聲、雜波等非特征信號分量的能力。

2.1.3速度要求。要求具有較快的動態跟蹤能力，測量時滯性小。

2.1.4魯棒性好。在電力系統的正常、異常運行情況下都能測出諧波。

2.1.5實踐代價小。此項要求往往與上述要求相沖突，在實踐中應酌情考慮，在達到應用要求的前提下，應力求獲得較高的性能價格比。

2.2電力系統諧波測量的基本方法

2.2.1.模擬電路

消除諧波的方法很多，即有主動型，又有被動型;既有無源的，也有有源的，還有混合型的，目前較為先進的是采用有源電力濾波器。但由于其檢測環節多采用模擬電路，因而造價較高，且由于模擬帶通濾波器對頻率和溫度的變化非常敏感，故使其基波幅值誤差很難控制在10%以內，嚴重影響了有源濾波器的控制性能。

2.2.2.傅立葉變換

利用傅立葉變換可在數字域進行諧波檢測，電力系統的諧波分析，目前大都是通過該方法實現的，離散傅立葉變換所需要處理的是經過采樣和A/D轉換得到的數字信號，設待測信號為x（t），采樣間隔為t秒，采樣頻率=1/t滿足采樣定理，即大于信號最高頻率分量的2倍，則采樣信號為x（nt），并且采樣信號總是有限長度的，即n=0，1……N-1。這相當于對無限長的信號做了截斷，因而造成了傅立葉變換的泄露現象，產生誤差。

2.2.3.小波變換

小波變換已廣泛應用于信號分析、語音識別與合成、自動控制、圖象處理與分析等領域。電力諧波是由各種頻率成分合成的、隨機的、出現和消失都非常突然的信號，在應用離散傅立葉變換進行處理受到局限的情況下，可充分發揮小波變換的優勢。即對諧波采樣離散后，利用小波變換對數字信號進行處理，從而實現對諧波的精確測定。小波可以看作是一個雙窗函數，對一信號進行小波變換相當于從這一時頻窗內的信息提取信號。

三、電網中諧波的危害與防治

3.1諧波的危害

3.1.1電力諧波對輸電線路的影響

諧波電流使輸電線路的電能損耗增加。當注入電網的諧波頻率位于在網絡諧振點附近的諧振區內時，對輸電線路和電力電纜線路會造成絕緣擊穿。

3.1.2諧波對變壓器的影響

諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場強度，諧波電流的存在增加了銅損。對帶有非對稱性負荷的變壓器而言，會大大增加勵磁電流的諧波分量。

3.1.3諧波對電力電容器的影響

含有諧波的電壓加在電容器兩端時，由于電容器對諧波阻抗很小，諧

波電流疊加在電容器的基波上，使電容器電流變大，溫度升高，壽命縮短，引起電容器過負荷甚至爆炸，同時諧波還可能與電容器一起在電網中造成電力諧波諧振，使故障加劇。

3.1.4影響繼電保護和自動裝置的工作可靠性

特別對于電磁式繼電器來說，諧波常會引起繼電保護及自動裝置誤動或拒動，使其動作失去選擇性，可靠性降低，容易造成系統事故，嚴重威脅電力系統的安全運行。

3.1.5對用電設備的影響

諧波會使電視機、計算機的圖形畸變，畫面亮度發生波動變化，并使機內的元件溫度出現過熱，使計算機及數據處理系統出現錯誤，嚴重甚至損害機器。

此外，諧波還會對測量和計量儀器的指示不準確及整流裝置等產生不良影響，它已經成為當前電力系統中影響電能質量的大公害。

3.2諧波的防治

3.2.1整流變壓器采用Y/△或△/Y接線

為抑制3的倍數次的高次諧波，以整流變壓器采用△/Y接線形式為例說明其原理，當高次諧波電流從晶閘管反串到變壓器副邊繞組內時，其中3的倍數次高次諧波電流無路可通，所以自然就被抑制而不存在。因為它們相位一致，只能在形繞組內產生環流，將能量消耗在繞組的電阻中，故原邊繞組端子上不會出現3的倍數次的高次諧波電動勢。

3.2.2盡量選用高功率因數的整流器

采用整流器的多重化來減少諧波是一種傳統方法，用該方法構成的整流器還不足以稱之為高功率因數整流器。高功率因數整流器是一種通過對整流器本身進行改造，使其盡量不產生諧波，其電流和電壓同相位的組合裝置，這種整流器可以被稱為單位功率因數變流器（UPFC）。

3.2.3整流電路的多重化

整流電路的多重化，即將多個方波疊加，以消除次數較低的諧波，從而得到接近正弦波的階梯波。重數越多，波形越接近正弦波，但其電路也越復雜，因此該方法一般只用于大容量場合。

3.2.4增加變壓器的容量，減少回路的阻抗及切斷傳輸線路法

由于非線性負載引起的畸變電流在電纜的阻抗上產生一個畸變電壓降，而合成的畸變電壓波形加到與此同一線路上所接的其它負載，引起諧波電流在其上流過，因此，減少諧波危害的措施也可從加大電纜截面積，減少回路的阻抗方式來實現。

3.2.5主管部門對所轄電網進行系統分析

正確測量，以確定諧波源位置和產生的原因，為諧波治理準備充分的原始材料;在諧波產生起伏較大的地方，可設置長期觀察點，收集可靠的數據。對

3.2.6加強管理，多方出資，共同治理

諧波的治理，需要大量的投資，不能僅僅靠供電部門，要調動電力供需環節中的各個方面，在分清諧波來源基礎上，走共同治理之路。

四、結論

綜上所述，諧波防治是綜合過程，是改善供電品質的重要手段。在具體體現上可采用減少回路阻抗，切斷諧波傳輸路徑達到科學合理用電，抑制電網污染，提高電源質量，降低電磁污染，減少能耗，提高電能利用率等。