摘 要：隨著電力負(fù)荷的增加，電網(wǎng)中的諧波污染也日益加重，危害著電網(wǎng)及各種電力設(shè)備安全可靠運(yùn)行。諧波危害已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注，更多的方案已經(jīng)被應(yīng)用于實(shí)際中。對諧波進(jìn)行有效的檢測和治理，不僅具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，還具有極大的工程價(jià)值。

關(guān)鍵詞：電力諧波；檢測；治理

前言

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電力行業(yè)的工業(yè)化水平也在不斷增長。一方面電力電網(wǎng)裝機(jī)容量的不斷加大、設(shè)備的廣泛使用，使得越來越多的電子器件參與其中。而這些器件產(chǎn)生的諧波信號和電流混入電網(wǎng)，后果就是導(dǎo)致電能質(zhì)量下降，對系統(tǒng)內(nèi)的其他設(shè)備產(chǎn)生消極影響，對廣大用戶也產(chǎn)生了嚴(yán)重危害。電力系統(tǒng)的三大公害包含電力系統(tǒng)諧波、電磁干擾、功率因數(shù)降低等三種。積極認(rèn)識、研究諧波產(chǎn)生的機(jī)理，以控制和消除多次諧波，對于改善電網(wǎng)電能質(zhì)量、保障電力設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。

1 電力系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生

諧波產(chǎn)生大致可以歸結(jié)為：電能源頭質(zhì)量不高產(chǎn)生的諧波，輸、變、配電過程中產(chǎn)生的諧波，用電設(shè)備所產(chǎn)生的諧波等。常見的諧波源設(shè)備例如旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器、電弧設(shè)備、電力電子裝置等等。

2 電力系統(tǒng)諧波及危害

電能的利用依賴于穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)，而后者則基于有可控頻率和電壓的有效協(xié)調(diào)。發(fā)電和輸電環(huán)節(jié)是以標(biāo)稱不變的水平運(yùn)轉(zhuǎn)，以電源調(diào)節(jié)或變換的方式進(jìn)行彌補(bǔ)。在正常的交流電網(wǎng)絡(luò)中，各相電壓是時(shí)間的周期性函數(shù)，呈正弦波形，用電部門和單位都希望電壓能一如既往地持續(xù)保持這一理想狀態(tài)，而當(dāng)電壓偏離正弦波形，是由于某些非線性特性的電子元件的影響。

在電力系統(tǒng)中，諧波電壓和諧波電流對用電器材設(shè)備乃至電網(wǎng)系統(tǒng)本身都會造成嚴(yán)重的危害，其主要分為以下幾類：（1）暫態(tài)諧波。其產(chǎn)生是由于電氣元件的動作引起，另外各種執(zhí)行設(shè)備的故障，也會產(chǎn)生暫態(tài)諧波。（2）穩(wěn)態(tài)諧波。電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)荷越來越多地應(yīng)用，也導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)諧波數(shù)量的攀升。

諧波的危害主要體現(xiàn)在：使電能利用效率降低，導(dǎo)致電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振；還會引起繼電保護(hù)和自動裝置誤動作，使計(jì)量出現(xiàn)混亂。對于系統(tǒng)外部，對通信設(shè)備和電子設(shè)備會產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。

3 諧波檢測方法

消除諧波的方式很多，以下幾類是常用的、具有工程實(shí)際推廣意義的方法。

3.1 有源濾波器

它是在無源濾波的基礎(chǔ)上發(fā)展完善起來的。其實(shí)質(zhì)上是一個(gè)理想諧波源，即時(shí)產(chǎn)生與系統(tǒng)諧波的大小和相位反相的諧波，注入系統(tǒng)以抵消該次諧波，達(dá)到濾波的目的。在其額定的無功功率范圍內(nèi)，理論濾波效果較好。缺點(diǎn)是造價(jià)較高，誤差控制導(dǎo)致有源濾波器的性能受到影響。

3.2 無源濾波器

通常安裝在設(shè)備的交流側(cè)，由多元件構(gòu)成諧振回路，當(dāng)諧振頻率和某一高次諧波的頻率相同時(shí)，就可“中和”該次諧波。

3.3 合理選擇變壓器和電容器

合理地選擇變壓器的接線方式，可以有效阻止不平衡電流，以及3N次諧波電流從原邊注入到系統(tǒng)中。而在三角形、星形變壓器里，不平衡電流和3N次諧波電流在原邊繞組內(nèi)循環(huán)流動，不會注入電源配電系統(tǒng)中。為了能夠改善功率因數(shù)和調(diào)節(jié)電壓，在電網(wǎng)中常使用如并聯(lián)電容器組等設(shè)備。

3.4 人工智能技術(shù)

人工智能技術(shù)的不斷突破和飛速發(fā)展也使得利用神經(jīng)元替代自適應(yīng)濾波器成為很好的選擇，這不僅因?yàn)槠涮赜凶赃m應(yīng)和自學(xué)習(xí)能力，而且輸入輸出關(guān)系明晰，結(jié)構(gòu)簡單。目前的瓶頸在于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的硬件問題使得應(yīng)用范圍受到限制。

4 電力系統(tǒng)諧波治理措施

4.1 相數(shù)調(diào)整

整流器是存在于供電系統(tǒng)中的主要諧波源之一，通過提高整流的相數(shù)或脈動數(shù)，可以消除低次諧波，減少諧波含量，達(dá)到抑制諧波效果。此種方法缺點(diǎn)是應(yīng)用中的投入成本過大，因此從經(jīng)濟(jì)角度來看并不是最佳。應(yīng)用場合多用于大容量的整流裝置負(fù)載。

4.2 防止諧波放大

主要是防止并聯(lián)電容器組對諧波的放大。眾所周知，并聯(lián)電容器在電網(wǎng)中起提高功率因數(shù)，以及調(diào)節(jié)波動電壓的作用。為避免電容器對諧波的放大，一般采取的措施是：改變限流電抗器；限制電容器的投切容量。

4.3 接線方式

根據(jù)需要，通過星形或角形接線方式，可抑制三倍次高次諧波，電流不通，就被抑制消除。

4.4 高功率因數(shù)整流器

高功率因數(shù)整流器是一種通過對整流器器件本身進(jìn)行改善，嚴(yán)格控制其產(chǎn)生諧波、同相位電流和電壓的組合裝置。利用多重化整流器來減少諧波是一種傳統(tǒng)方法。此種整流器可以被稱為單位功率因數(shù)變流器（UPFC）。該方法只能在設(shè)備設(shè)計(jì)選型過程中加以注意，從而達(dá)到實(shí)際而有效的抑制效果。

4.5 多重化整流電路

利用方波疊加得到接近正弦波或階梯波，以消除較低次的諧波。重?cái)?shù)越多，波形越接近正弦波。與此同時(shí)電路也相應(yīng)越復(fù)雜，該方法常用于大容量多負(fù)荷情況。

諧波抑制的方法有多種，可以改造諧波源本身，或者基于諧波補(bǔ)償裝置功能進(jìn)行抑制。這里面有源濾波器是今后諧波抑制的發(fā)展方向。

5 結(jié)束語

電力諧波治理應(yīng)該著力于：重組電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)的搭建和完善，提高檢測技術(shù)與裝備水平，使用電源凈化濾波設(shè)備進(jìn)行治理等方面進(jìn)行更多嘗試和探索。如何趨利避害，合理治理、利用電力系統(tǒng)諧波，是從業(yè)者需要認(rèn)真反思的課題。隨著行業(yè)的重視，近年來設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)經(jīng)驗(yàn)的逐步積累，可以更好地推動無功補(bǔ)償和諧波抑制技術(shù)的進(jìn)步，打造潔凈綠色的電力系統(tǒng)環(huán)境。

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[3]陳偉華.電磁兼容實(shí)用手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

作者簡介：薛麗榮（1983，3-），女，河北省石家莊市，石家莊科林電氣股份有限公司，中級，學(xué)士，電力電子。

韓寧（1983，11-），男，河北省石家莊市，石家莊科林電氣股份有限公司，中級，學(xué)士，電力電子。