供用電系統中綜合型諧波處理裝置設計

張紀培

摘 要：在我國的電力產業快速發展的同時，也伴隨諧波的污染。諧波的產生使供用電質量下降，帶來了極大的危害，嚴重干擾我國人民的生產和生活。電能質量的下降，引起了多方面的注意，人們對諧波的重視程度也日益增加。文章就從諧波產生的原因談起，進而闡述對控制諧波的主要措施，旨在為我國的電力產業發展做貢獻。

關鍵詞：供用電系統；諧波；裝置設計

前言

目前，供用電系統中的諧波，對電力的質量有嚴重的影響，使電壓和電流均不不穩定，給電網環境造成一定的污染。諧波使電壓和電流的振動圖形發生改變，消耗一部分的電能，使電能的質量下降，所以諧波的有無，可以反映出供電的質量優劣。諧波已經成為了制約電能輸送的一大頑疾，被認為是污染電網的直接因素，所以對諧波的控制工作是勢在必行的。

1 產生諧波的原因

1.1 變壓器

變壓器是一種可以產生奇數次諧波的諧波源，產生諧波的大小與變壓器的磁路設計有關，變壓器的鐵芯的飽和度高，產生的諧波就越大，越電網的影響也越劇烈。

1.2 氣體放電類電光源

氣體放電類電光源包括：高壓汞燈、金屬鹵化物燈、熒光燈等，具有負伏安特性。氣體放電燈在使用的過程中，要求與電阻或者電感串聯，在確保綜合的伏安數為正時，電路才能正常的運轉，通常人們將這樣的串聯電阻和電感稱之為鎮流器。氣體放電類電光源的非線性十分嚴重，5次諧波的含量高達35%以上，是一種嚴重污染電網環境的的電源型諧波源。

1.3 電氣設備

目前，我國的民用設備采用的是開關型的電源電氣設備。此類電源屬于整流電路，其中絕大多數是全波整流電路。整流電路的可以分為感性負載與容性負載兩種負載，產生4次諧波的含量高達40%以上。對于電容負載的電路，只產生基數次諧波，是一種電壓源型的諧波源。產生的諧波量與電路中的電容器有關，電容器越多，產生的諧波越大。在人們物質生活豐富的今天，用電系統承載的用電器越來越多，電容越來也大，隨之而來的諧波含量也越來越多。

2 治理諧波的具體對策

2.1 優化供電環境

電力系統在供電的過程中，要合理的選擇電壓，使之保持三相電壓的平衡，從而降低諧波對電網的干擾，使電網更好的供電[1]。高一級的電壓電網和大容量的供電點為諧波源供電，二者負擔諧波的能力會變大，應用專門的線路對諧波源負荷供電，可以有效的降低諧波對其負荷的影響，還可以集中力量阻擊并消除高諧波和次諧波。

2.2 減少諧波源的諧波含量

對諧波的治理，要從源頭上制定解決的對策，所以要控制好諧波源的含量，使其處于最低的水平，在諧波產生的源頭最大限度的避免了諧波的產生。要控制要諧波上產生的源頭，就要從諧波源設備的設計、使用上入手，并且重視諧波對供用電設備的危害，結合實際的情況，制定切實可行的治理辦法，有效的控制好諧波。另外，電業局的相關部門，要嚴格履行職責，對于沒配備諧波治理系統的用戶，禁止其接入電網，在運用必要的設備之后，方可入網運行[2]。

2.3 吸收諧波的電流

在諧波源吸收諧波電流是目前應用較為廣泛，對諧波有效進行抑制的辦法。主要包括無源濾波器和有源濾波器。通常無源濾波器，是由許多的無源濾波器構成的，可以吸收諧波電流，從而降低電網電網中的電流，達到抑制諧波的目的。有源濾波器是由電力電子器件構成的，對諧波進行補償。有源濾波器對輸出的電壓波形進行有效的控制，從而控制并消除諧波電流，從而使電網的電能可以高效的傳輸，將損耗降到最低[3]。

3 綜合型諧波處理裝置設計

3.1 設計目的

單純的使用并聯型諧波處理器和有源濾波器，都不能有效的解決諧波對供用電污染的問題。綜合型諧波處理裝置需要將諧波產生的諸多因素相結合，集并聯型諧波處理器和有源濾波器的優點與一身，降低無源濾波器的諧波阻抗，提高綜合型諧波處理器的性能，更好的過濾諧波，做到經濟和實效的統一[4]。

在綜合了有源濾波器和無源濾波器的優勢之后，使綜合型諧波處理裝置在安全行性能和電路的言行方賣都有較為顯著的效果，都比二者結合前性能要好。

3.2 工作原理

綜合型諧波處理裝置是一種三相對稱的系統。如果將有源濾波器視為理想的電源并且容易控制，則諧波的負載是一種電流源。在實際的運行環境中，電源電壓分為基波部門、諧波部分，無源過濾器將諧波阻抗，使之阻擋在用電器電源之外，避免使電能的質量減低[5]。

綜合型諧波處理裝置，將有源濾波器優勢結合在系統之中。有源基波不產生基波電壓，所以該綜合過濾裝置不必要可考慮基波的干擾。綜合型諧波處理裝置使諧波的負載控制量趨于零，使無源濾波器的過濾效果得以改善，在這種情況下，有源濾波器兩端的電壓，相當于所有負載的諧波過濾產生的電壓。綜在合型諧波處理裝置中，同一個交流系統中產生的諧波電流不會進入無源過濾器中，這樣就不會使無源過濾器超負荷的運行。綜合型諧波處理裝置，將有源的濾波器產生的電壓，相互疊加在一起，得到了一定的補償電壓。

當無源濾波器與電力系統并聯的阻抗值逐漸變大，會形成并聯的諧振現象，并且阻抗越大，產生的諧波也就越大。在這種環境中，如果保持負載電流的諧波不變，在電源中也會產生較大的諧波電源，甚至造成電源電壓的劇變。有源濾波器利用其獨特的優勢，將各個支路的諧波阻抗值變為零，使并聯諧振沒有產生的可能，有效的抑制并聯諧振的發生。當無源濾波器與電力系統并聯的阻抗值逐漸減少，二者之間的諧波電壓就會變大，當阻抗值近似為零時，此時的諧波電壓最大，會使諧波增大，易產生串聯諧振現象。有源濾波器和無源濾波器的使用，使電力系統的諧波含量得到有效的控制，避免諧振的現象發生。

要控制好有源濾波器兩端的電壓，使諧波產生的電流流入到無源濾波器中，這樣與其一同連接負載電流諧波也不會進入無源濾波器中，這樣可以很好的控制串、并聯諧振現象的發生。電網電壓比有源濾波器兩端的電壓要高，這樣可以促使綜合型諧波處理裝置中的有源濾波器含量與并聯過濾器要小很多，更加適合給諧波補償，使該裝置在投資和使用的過程中的資費有效的得到控制，使投資更具有實效性，對于諧波的控制效果更好，保證電能不受損失。

4 結束語

綜上所述，諧波使制約電力質量的重要因素，文章從諧波產生的原因和控制諧波的辦法出發，對綜合型諧波處理裝置進行詳細的闡述。不難從文章看出，綜合型諧波處理裝置其實非常簡單，是對現有的并聯無源濾波器進行技術改造，和對無源濾波器的電路進行設計，從而有效的控制諧波的含量，提高濾波器的使用效果。綜合型諧波處理裝置的設計保證了在有源濾波器停止工作的時候，無源濾波器仍能正常的工作，過濾諧波，更高的保證了系統過濾諧波的作用。

參考文獻

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