吳培錦

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司肇慶高要供電局，廣東 肇慶526100）

0 引言

電能作為重要的能源形式，在生活、生產(chǎn)、科技等各個方面都得到廣泛應(yīng)用，技術(shù)的進步使得對電能質(zhì)量的要求更加嚴格。而電力電子技術(shù)的發(fā)展使得換流裝置以及各種非線性負載在電力系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)中電網(wǎng)諧波含量迅速增加，直接導(dǎo)致電能質(zhì)量下降，造成供電企業(yè)以及生產(chǎn)單位安全遭受威脅、經(jīng)濟效益降低。因此，整治諧波污染、提高電能質(zhì)量成為供電企業(yè)亟需解決的難題。

1 基本概念及諧波的危害

1.1 電能質(zhì)量

電能作為一種便于傳輸、控制的清潔能源，是供電企業(yè)向電力用戶提供的一種商品。它與其他商品同樣被要求具有較高質(zhì)量，其特點是需要供電和用電雙方共同維護電能的質(zhì)量。一般來說，對電能質(zhì)量的要求主要有電壓、頻率、電壓對稱性以及電壓波形畸變4項指標(biāo)。

1.2 諧波的來源

諧波的基本概念是基波頻率整數(shù)倍的正弦波分量。電網(wǎng)中諧波的來源主要有3個，一是在發(fā)電過程中發(fā)電機產(chǎn)生的諧波，二是在電能輸送過程中產(chǎn)生的諧波，三是用電設(shè)備在運行過程中產(chǎn)生的諧波。電能在輸配送過程中產(chǎn)生的諧波較少，對電能質(zhì)量影響不大，實際上用電設(shè)備是最大的諧波源。特別是現(xiàn)在越來越多的電子設(shè)備、交流電焊機、電弧爐、日光燈等非線性負載的使用，使得高次諧波被接入電網(wǎng)中，進而易導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波形產(chǎn)生畸變、電壓波形不對稱，真正威脅到了電網(wǎng)的安全運行。

1.3 諧波的危害

諧波對于電力系統(tǒng)中很多設(shè)備都會造成很大的危害，如電網(wǎng)中的計量裝置、變壓器、斷路器、補償裝置、繼電保護裝置以及各種用電設(shè)備等。它主要的危害包括由于發(fā)熱引起的不良影響、瞬間引起的不良影響以及諧波導(dǎo)致諧振引起的不良影響。

諧波會造成部分設(shè)備長期過熱，在長時間不斷累積作用下，可能會導(dǎo)致電動機、輸電線路、電度表過熱而絕緣老化、壽命縮短、誤差加大，并且使得諧波造成的附加損耗成為電網(wǎng)損耗的主要部分。發(fā)電機、電動機、變壓器的振動將變得劇烈、噪聲加大，異步電動機轉(zhuǎn)速會受到嚴重影響，甚至遭到損壞。

對于電網(wǎng)中的電容器，諧波會增加介質(zhì)損耗，損耗的大小與諧波次數(shù)成正比，高次諧波含量越大，諧波造成的損耗也就越大，電容器會因此而溫度過高。溫度的升高又會使電容器的介質(zhì)損耗增加，如此惡性循環(huán)，就容易導(dǎo)致電容器熱擊穿。在電容器內(nèi)部，諧波造成的暫態(tài)過電壓會加劇介質(zhì)的局部放電，放電持續(xù)增強，也是電容器更容易損壞的原因。

對于繼電保護裝置、電容器組以及絕緣電纜來說，諧波過大可能會在瞬間時使絕緣介質(zhì)損壞。若諧波為高次諧波，由于電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，容易造成局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，使得各元器件不能實現(xiàn)預(yù)定功能。諧波電流幅值幾倍于正常電流，會對元件的安全造成威脅。同時，諧波會對通訊設(shè)備造成較大的干擾，可能導(dǎo)致傳輸?shù)闹匾畔G失，擴大故障范圍。

2 諧波的治理

2.1 諧波治理的預(yù)防性措施

在電力系統(tǒng)中，首先要減少注入電網(wǎng)的諧波，將電能質(zhì)量控制在合格范圍內(nèi)。諧波治理的預(yù)防性措施就是盡量降低諧波源產(chǎn)生的諧波，針對非線性負載，使其工作方式有所改變，使諧波的注入減少。

第一，在發(fā)電機、變壓器以及電容器等供電設(shè)備的設(shè)計和制造過程中，采取一定的措施減少諧波。比如，通過對變壓器繞組的巧妙連接，可以消除3次及其整數(shù)倍的諧波。

第二，通過增加整流器的脈動數(shù)或者采用可控硅來對諧波源進行限制。諧波含量與脈動次數(shù)有關(guān)，當(dāng)脈動數(shù)增加時，整流器注入電網(wǎng)特征諧波的起始最低次數(shù)n也就變大，即諧波含量與諧波次數(shù)成反比，次數(shù)較低、幅度較高的諧波消除后，電能質(zhì)量能有效提高。

第三，使用全控型元器件，利用PWM技術(shù)使得整流器在變流過程中諧波減少。

采用這種從源頭進行的預(yù)防性措施，能夠有效消除諧波，此種方法主要適用于電力電子裝置，其主要缺點是經(jīng)濟性不好。

2.2 諧波治理的補償性措施

由于采用預(yù)防性措施主動治理諧波成本較高，在實際應(yīng)用中不常使用，在工業(yè)中主要采用補償性的被動式治理措施，主要手段是安裝濾波器減少諧波。在諧波源處就近配置濾波裝置能夠有效抑制諧波超標(biāo)。濾波裝置一般可以分為無源濾波裝置、有源濾波裝置以及混合型濾波裝置，在實際應(yīng)用中需根據(jù)現(xiàn)場情況進行選擇。

現(xiàn)階段，電網(wǎng)中廣泛采用靜止型無功補償器（SVC，Static Var Compensation）。

無源濾波器由電抗器和電容器組成，通過一定的參數(shù)配置以及拓撲結(jié)構(gòu)的連接，可以有效濾除部分次數(shù)的諧波。從理論上來看，濾波器調(diào)諧到某頻率時，該濾波器的阻抗為0，所以將該次諧波全部吸收。無源濾波器結(jié)構(gòu)較為簡單，成本也較低，對于部分次數(shù)的諧波吸收效果良好。不過無源濾波器對于偏離調(diào)諧點的諧波吸收效果不佳，并且在諧波電流過大時無源濾波器可能過載導(dǎo)致設(shè)備損害。同時如果電力系統(tǒng)阻抗和頻率變化，可能導(dǎo)致產(chǎn)生諧振。

因此，隨著智能控制技術(shù)的進步，濾波器也在進一步發(fā)展，如今常采用有源電力濾波器來治理諧波。由于功率元器件的控制精度達到了一定程度，在無源濾波器不能滿足電能質(zhì)量要求時，可以采用有源濾波器來抑制諧波。有源濾波器的工作原理是通過電流互感器和電壓互感器對電能進行監(jiān)控，得到非線性負載的電流、電壓數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理器處理后，生成對無功和諧波進行補償?shù)闹噶?，通過指令控制PWM變流器的通斷，輸出與系統(tǒng)中諧波波形相同、相位相反的補償電流，使得系統(tǒng)中的諧波分量消除，電能質(zhì)量得到提高。

與無源濾波器被動抑制諧波有所區(qū)別，有源濾波器是采用主動輸出補償電流來對諧波進行抑制。有源濾波器具有以下幾個優(yōu)點：

第一，使用靈活，能夠?qū)Ω鞔沃C波包括指定次數(shù)的諧波進行補償。

第二，其補償過程是動態(tài)的，因此補償速度快，對于幅值以及頻率都在變化的諧波也能夠補償，并且補償效果與電網(wǎng)的阻抗、頻率無關(guān)。

第三，這種補償原理不會過載，在電網(wǎng)諧波較大時，依然能夠工作在額定容量內(nèi)。

綜上所述，有源濾波器補償性能非常優(yōu)越，同時隨著技術(shù)的發(fā)展，其成本也會不斷下降，因此有源濾波器將被更加廣泛地應(yīng)用。

3 結(jié)語

較高的電能質(zhì)量對各個行業(yè)的發(fā)展具有重要作用，諧波作為影響電能質(zhì)量的關(guān)鍵因素具有較大的研究意義。本文分析了諧波的來源以及危害，重點闡述了諧波治理的預(yù)防性措施以及補償性措施。其中，有源濾波器的使用對提高電力系統(tǒng)安全性具有重要作用，使用有源濾波器是解決系統(tǒng)諧波問題的重要手段。在工作現(xiàn)場，應(yīng)針對不同用電環(huán)境，在配電室集中安裝濾波器或是在諧波源設(shè)備就地安裝濾波器，同時選取合適的容量，以期達到良好的諧波治理效果。

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