電力諧波對供配電系統影響與對策分析

李勇

摘 要：在電力系統當中，因為負荷呈現出非線性，經常會導致電流以及電壓的波形出現畸變進而偏離正弦波，產生多種諧波分量進而導致供電電壓以及電流波形出現了一定的畸變。諧波的含量會對于波形的質量帶來一定的影響，并且會對于電力系統帶來非常大的威脅，引起電力設施使用年限縮短、電力設施發熱、電流或是電壓諧振、絕緣擊穿等，進而對于電氣設備帶來巨大的損害，乃至對于整體電力系統的穩定運行帶來一定的干擾，因為應該對于電力系統的諧波分布情況，開展科學有效的治理對策。

關鍵詞：電力諧波;供配電系統;影響;對策

1.電力系統的諧波源

電力設施的負荷具備非線性的特點，導致電流以及電壓波形產生畸變進而引起諧波分量。伴隨著當前工業的不斷進步以及信息電子技術的不斷使用，電力系統當中的非線性負荷不斷增多，在電力系統當中產生了眾多的諧波源。通過對于負荷開展特性分析，可以將諧波源劃分成四種類型：

1.1含電弧以及鐵磁非線性設備的諧波源

在鋼鐵行業當中，電弧爐所形成的諧波占據該種類型諧波的比例比較大。電弧的伏安特性具備標準的非線性特征，加之電弧的長度受到對流氣流、爐料、電磁力以及電極移動在熔化過程當中的滑動以及崩落的影響，電弧電流的改變沒有一定的規律，進而產生一系列的諧波，形成了重點的諧波源。另外，在工業行業當中更加廣泛的利用電弧焊設施、硅鐵爐以及礦熱爐等也是在該種非線性電力負荷范圍當中。

1.2整流以及換流電子器形成的諧波源

電子行業當中的晶閘管整流以及換流技術在工業領域當中被更多利用，已經成為了諧波的關鍵源頭，包含用以高壓直流輸電的逆變裝置以及大容量整流裝置，在工業制造當中廣泛利用的晶閘管整流電源以及變頻器，加之鐵路電氣化當中機車所利用到的交流單相整流供電電源。

1.3多種家用電器所含有的諧波

在家用電器當中有些電器包含非線性元件，比如電視機、熒光燈以及穩壓電源等等，即使單個容量比較小，然而數目較多并且分布廣泛，在電網負荷當中具備相當大的比例，諧波的影響應該引起重視。

1.4電力電容器以及附加串聯電抗器對于諧波的擴大

在電力系統當中，如果無功補償電容器配備不合理的時候，將會對于電網當中的諧波起到放大效果，對于配電網當中的高次諧波含量帶來比較大的影響。

2.諧波給電力系統帶來的危害

諧波的含量將會對于波形的質量帶來影響，將會對于供電網絡的正常運轉帶來巨大的干擾，乃至于威脅到電氣設施以及整體電力系統的可靠運行。利用對于電力系統的諧波開展分析，現總結出了下述的危害：

（1）諧波將會導致旋轉電機的額外損耗極大的提升，導致出力減少，加快絕緣以及老化，重點表現為電動機的效率降低，出現過熱情況等。

（2）諧波在經過電壓器的時候，將會因為集膚效應以及鄰近效應進而在變壓器的繞組當中出現附加的損耗。

（3）次諧波及其倍率的諧波在變壓器三角方式的接法繞組當中所產生的環流將使得變壓器的繞組過熱，與此同時變壓器的噪聲加大。

（4）在高次諧波電流通過串聯電抗器的時候，將會在串聯電抗器之上產生過高的電壓降，使得電抗器的匝間絕緣受到損害。

（5）諧波電壓作用在對于頻率比較敏感的電容元件上面的時候，會使其產生嚴重的過電流，使得發熱加快介質出現老化。

3.治理諧波的措施

3.1無源濾波

無源濾波裝置一般說的就是某些無源器件構成的無功補償以及諧波整治的設備，這些設施通常就是幾個無源濾波器利用并聯的形式結合的。每一濾波器在一個頻帶當中或是兩個諧波頻率的附近顯現出低阻抗的特征，它可以十分高效的對于諧波電流開展吸收處置，這樣一來會導致電網當中的諧波電流量逐漸降低，這樣也就能夠實現對于諧波數目開展控制的目標。另外，在該過程當中還需要做出一定的無功補償，該種濾波器在利用過程當中十分簡便也十分便捷，然而它也面臨著很多的不足。首先是它只能對于幾次諧波開展限制，與此同時在某些情況之下對于諧波還會帶來一定的放大效果。其次是智能對于那些無功進行補償，無法確保補償的精準度。最后就是其本身的體積以及質量相對比較大。

3.2有源濾波

有源濾波一般是通過兩個部分組成的，一個部分就是指令電流運算電路，另一個就是補償電流發生電路。指令電流運算電路的重點就是要對于補償對象的電流諧波以及無功等電流分量開展整體上的校驗。補償電流發生電路通常來說就是結合指令電流運算電路所給出的相關信息，這樣就能夠產生電路運行所用到的補償電流。通過運算輸出指令信息，補償電流發生電路所出現的補償電流也在不斷的降低，這就導致電源一側的電流諧波獲得更為高效的限制，乃至只有基波。結合接入到電網當中的形式，有濾波器可以劃分成并聯有源濾波器以及串聯有源濾波器，近幾年以來還設計出了串聯混合以及并聯混合型的濾波器。有源濾波器即使在諧型處置方面具備其顯著的特征，但是其具備著損耗較高，整體投入比無源濾波器多出不少的不足，所以在大容量的濾波器設備當中還在使用。伴隨著電子半導體器件以及微電子控制器的不斷進步，有源電力濾波器的性價比將逐漸提升，所以有源濾波器將會成為以后諧波限制裝置的重點進步趨勢。有源濾波跟無源濾波相比較來說，具備下述明顯特征：首先，可濾的諧波次數能夠達到50次;其次，能夠選取僅僅除去諧波的操作方式或是不但去除諧波有開展無功功率補償的操作方式。

有源濾波器即使在諧波治理方面具備非常多的優勢，然而由于利用了眾多的大功率器件，僅僅是使用有源濾波器的投入是非常高的。有很多國內的工礦單位原本就裝設的大源濾波設備，但是現如今為了改善現如今設施的需求而采取了二極管整流或是晶閘管相控整流設備，導致諧波類型變得更繁雜、諧波量出現的更高，導致原來的無源濾波設備沒有辦法符合嶄新的需求，但是重新購置較大容量有源濾波設備的價格又太昂貴。所以，可以考慮把小容量的有源電力濾波器跟原來的無源電力濾波器一同使用，進而形成混合電力濾波器。

3.3其他治理措施

（1）增多整流設備的脈沖數。因為多項整流出現特征諧波的諧波數n跟脈沖數p是成正相關的，所以其出現的諧波電流方均根植又和n成反相關，因此增多整流設備的脈沖數目就能夠降低因為整流而出現的諧波電流。

（2）在夜里斷開功率因素的電容器，其中的原理為，夜里通常都是輕負載，電容器的連接或許會導致跟系統阻抗之間出現諧振而導致高次諧波的放大。

（3）連接串聯電抗器。在電力客戶處，對于那些不帶電抗器的電容器，需要連接串聯的電抗器，已經連接電抗器的就需要強化限制高次諧波的水平，都能夠用作限制高次諧波影響的相關對策。

（4）調節系統供電以及電網之間的具體接線方法，開展科學合理的轉換。該項對策是根據電力網的實際構成分析研究的系統諧波的科學分布形式，并且還會使得電力網不會由于低谷負荷時段而導致電力網的電壓太高，進而導致諧波增加。

4.結語

在節能減排的趨勢不斷發展的背景之下，使用科學合理的對策對于電力諧波開展整治已經變得十分必要。采取有源電力濾波器對于諧波開展整治具備使用范圍廣泛、整治效果優良等諸多優勢，更好了解該種技術手段，高效的對于電力諧波開展整治，具備十分重要的意義。與此同時，推廣以及使用電力諧波治理技術是有關專業人士的重要義務與責任。本篇文章首先探討了有關電力諧波對于電力系統的影響，然后重點分析了相關的整治對策，在內容以及形式方面還存在著很多的不足，希望業內人士給予指正，并希望本篇文章能夠對推動我國電力行業發展發揮一定的促進作用。

參考文獻：

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[2]李杰珍;黎建華;電力諧波對電網安全的危害[J];四川電力技術;2006年05期

（中國石油新疆油田分公司重油開發公司）