分析電力系統諧波的產生因素及如何對其抑制

陳登義

（廣西工業職業技術學院 廣西南寧 530001）

分析電力系統諧波的產生因素及如何對其抑制

陳登義

（廣西工業職業技術學院 廣西南寧 530001）

科學技術不斷發展進步的時代背景下，大家對于電力系統運行的要求越來越高。電力系統在運行過程中，可能會因為電氣開關應用等原因產生不同類型的諧波，對電力系統運行造成不利影響。電氣系統諧波主要包括暫態諧波以及穩態諧波。電力系統諧波的產生不但會導致相關附加損耗的增加，影響換流裝置工作穩定性，而且還會導致通話清晰度下降，引發電網設備受損等。在今后的電力系統維護工作中，必須要針對諧波進行科學抑制。本文針對電力系統中的諧波產生原因進行分析，研究其帶來的危害，探討諧波抑制的主要途徑，供大家參考和研究。

電力系統；諧波；產生因素；抑制方法

1 前言

針對電力系統質量進行評價的過程中，除了判斷其電壓以及頻率是否正常外，還可以針對其波形進行研究。在我國，電力系統波形采用的相關標準為SOHz的正弦波形。因為國內外針對發電機進行設計以及制造的過程中具備一定的質量標準，標準中對于波形提出十分嚴格的要求，在一定程度上，我們可以認為，來源于發電機的電壓波形均屬于標準正弦波形。然而，近年來，我國的工業化發展進程不斷推進，電氣化發展也取得明顯進步，各種各樣的非線性負荷開始形成。舉個例子，在冶煉以及電氣化鐵路建設過程中開始出現變負荷以及變頻負荷等不同負荷，此類負荷的出現會導致電力系統在電壓以及電流波形方面出現畸變。針對一個非正弦波形，應根據博立葉級數展開成基本頻率和2倍以及3倍等數倍于基本頻率的正弦波形的和。此類超過兩倍的正弦波被納入高次諧波范疇[1]。

2 電力系統諧波的產生因素及其危害

2.1 電力系統諧波的產生因素

針對電氣系統中出現的諧波，一般可以劃分為兩大類型：①暫態諧波；②穩態諧波。針對暫態諧波，主要是因為電力系統中選擇應用的電氣開關在實際操作中會產生此類諧波，此外，電力系統中的設備以及相關電力設備如果發生故障，也會導致此類諧波的形成。針對穩態諧波，主要是由電力系統中的非線性負荷誘發。此類非線性負荷主要包括三種：①電流源諧波；②電壓源諧波；③其他裝置諧波。第一種諧波是因為大型電解電源等大功率交流裝置的應用誘發。第二種諧波主要是因為電動機以及電焊機等設備的應用引發。第三種諧波主要是因為電視機以及熒光燈等電力裝置的應用引發，此類裝置在單個功耗方面雖然相對較少，但是因為其應用相對較廣泛，數量也比其他類型裝置要多，所以，其對電力系統注入的諧波分量也并不小。以上幾種諧波中，電流源諧波對電力系統的影響最突出，電壓源諧波產生的影響相對較小。目前，變頻調速控制系統在實際生活和生產中的應用日漸廣泛，其對電網構成的諧波污染也越來越嚴重。電力系統諧波類型及其產生因素如表1所示。

表1 電力系統諧波類型及其產生原因

2.2 電力系統諧波產生的危害

電力系統中，諧波的存在會引發下列危害：

（1）諧波電流的出現會導致輸電線路以及電動機等出現附加損耗，造成大電機以及變壓器產生更多損耗，設備實際溫度出現上升，引發較嚴重的機械振動，帶來較大噪聲污染。

（2）諧波中包含的低次諧波會導致換流裝置在工作過程中出現不穩定的現象。

（3）諧波電流的產生會給通信設備及相關繼電保護設備等造成干擾，不利于保證通話的暢通，導致通話清晰度下降，引發電話鈴誤響的問題，此外還可能造成繼電保護裝置出現誤動等現象。

（4）如果諧波相對較嚴重，會導致電網消弧線圈在具體滅弧作用方面出現延遲，甚至造成滅弧作用受阻，引發單相重合閘失敗的問題，也可能會導致自動重合閘時間出現延長。

（5）諧波的出現會對電能計量形成不利影響，引發誤差問題。產生諧波的電網會向電力系統輸送諧波，導致其功率出現少計量的現象，而受干擾的用戶不得不吸收那些諧波功率，造成費用激增。

（6）諧波的產生會諧波過電壓，導致電網設備受損。

（7）諧波的出現會導致電容器受損。電力系統中存在的諧波會給并聯補償電容器帶來嚴重影響，一方面，會導致介質損耗出現上升，諧波次數越大，造成的損耗越嚴重，高次含量越大，意味著造成的損耗也隨之增加，如此惡性循環，會造成電容器出現熱擊穿的問題；另一方面，會導致介質內部出現局部放電的現象，或者加劇這一問題。

3 諧波抑制方法

現階段，針對諧波進行抑制的途徑主要有三種：①從諧波發生源進行抑制；②從配電系統進行抑制；③從諧波抑制裝置進行抑制。本文重點介紹諧波裝置抑制諧波的詳細做法。

3.1 傳統諧波抑制手段

傳統的諧波抑制操作中，除了另外設置電力無緣濾波器之外，還可以針對變流器二次側整流具體相數進行增加，實現對諧波的有效濾除。另外，要避免并聯電容器組在諧波方面出現增加。并聯電容器在電力系統中占據重要地位，可以針對功率因素進行提高，同時實現對波動電壓的有效調節。然而，如果諧波出現時，相應參數下的電容器組會進一步方法諧波。為了防止電容器放大諧波，通常需要針對于電容串聯的限流電抗器進行改變，或者電容器中部分之路轉換為濾波器。也可以針對電容器實際投入容量進行科學限制。最后，可以針對電網短路容量進行增加，盡可能促進電力設備在短路比方面的提高，減小諧波對相關設備的干擾。

3.2 新型諧波抑制手段

通常情況下，交流器在高次諧波方面會因為時間的變化而發生變化，選擇靜止濾波和補償器進行應用不能實現對諧波的徹底濾除，也不能實現全部補償的目的。如果選擇有源濾波器進行使用，就能夠獲得良好的諧波濾除效果。有源電力濾波器實際上屬于大功率波形發生器的范疇，其針對諧波進行采樣以及180°移相處理之后，可以被全部復制出來，并輸送至諧波源入網點[2]。復制出來的諧波以及原來的諧波在幅值上保持一致，但是其方向完全相反，同時，復制的諧波會因為原諧波發生變化而出現改變，所以，原諧波能夠因此被抵消掉。有源濾波器可以劃分為兩大部分：①指令電流計算電路；②補償電流發生電路。前者主要針對補償對象電流中存在的諧波進行檢測，同時檢測具體的無功電流分量等。后者綜合分析指令電流針對電路具體指令信號進行運算，形成所需補償電流。有源濾波器工作原理圖參考圖1。該圖1中，E點表示交流電源，其負載屬于諧波源。通過APF檢測，可明確諧波源負載電流毛具體諧波分量，給予運算操作后，順利輸出相關指令信號，通過補償電流進行電路電流補償，促使電源側電源中不存在諧波，而只存在基波。

與無源濾波器相比，有源濾波器不但可以實現對各次諧波的有效補償，而且還能夠針對閃變進行有效抑制，同時補償無功，具備極高的應用價值，且價格合理，經濟性高。有源濾波器的特性不會因為系統阻抗等發生變化，能夠避免系統阻抗過程中形成的諧振。有源濾波器具備良好的自適應功能，能夠實現對變化中的諧波的自動化跟蹤及實時補償，顯示出良好的可控性。但是，有源濾波器在有功損耗方面相對較高，其綜合成本相對較高，還未能普遍推廣應用。

圖1 有源濾波器工作原理圖

4 結語

有源濾波器的應用能夠避免無源濾波器在具體運行中的各種弊端，克服其與電力系統發生諧波放大等缺陷，發揮良好的諧波抑制作用。如果促進無源濾波器以及有源濾波器兩者的有效結合，形成混合濾波器，可以達到取長補短的目的，充分發揮兩種濾波器的應用優勢，該方案同時也屬于諧波抑制方案研究中的一大重點內容。此外，采用單位功率因數變流器屬于一種新的良好選擇，其應用不會產生諧波，其具體功率因數等于1，是一種新興變流器，可以促進無功補償以及諧波抑制新技術研究的向前發展。

[1]鐘慶，黃凱，王鋼，張堯.不對稱三相電壓下電壓源型換流器諧波分析與抑制策略[J].電力系統自動化，2014，04：79～85.

[2]范新春.諧波危害及抑制技術[J].科協論壇（下半月），2013，10：146～147.

TM711

A

1004-7344（2016）10-0059-02

2016-3-5

陳登義（1979-），男，講師，研究生，主要從事電力系統研究與教學工作。