電力系統中諧波檢測與抑制方法分析

楊銘軒

（廣州蓄能水電廠，廣東廣州,510950）

電力系統中諧波檢測與抑制方法分析

楊銘軒

（廣州蓄能水電廠，廣東廣州,510950）

電力電子技術為電力系統提供了高速、高效和節能的控制手段，但由于電力電子器件所具有的非線性特性，給系統帶來了諧波污染等問題，其影響已經危及到用電設備、變電站設備和電力系統通信等重要領域。正確地檢測系統中存在的諧波已顯得非常重要，本文從多個角度說明電力系統中諧波檢測的原理，同時針對性地提出諧波抑制的方法。

電力系統；諧波檢測；諧波抑制

0 引言

伴隨著工業規模的擴大和科學技術的進步，從工業用電到整個供電系統，諧波產生的危害逐步顯示出來，其影響已經危及到用電設備、變電站設備和電力系統通信。諧波的檢測和抑制對于保證電力系統運行的安全性、經濟性和可靠性具有重要意義。

1 諧波的產生與危害

1.1 諧波的產生

隨著電力電子技術的飛速發展，各種大功率開關器件被大量應用到各種電源裝置和電動機的調速中，為工業裝置提供了高速、高效、節能的理想控制手段，但是，利用開關動作對電能進行有效變換的同時，裝置本身產生了無功電流和高次諧波，對電力系統產生了很大的危害。

1.2 諧波的危害

（1）使電氣測量儀表計量不準，影響計量精度；并導致繼電保護和自動裝置誤動作，甚至造成跳閘事故，嚴重地威脅電網的運行安全。

（2）能直接造成用戶電氣設備故障。當電網中3次、5次或7次諧波電壓含有率達到10%~20%時，電動機將在短期內損壞。另外，過去常在變壓器低壓側裝設電容器補償裝置，其對高次諧波電流具有放大作用，使其在諧波的作用下溫升過高、電流過大，以致無法正常運行。

（3）容易使電網與用于補償電網無功功率的并聯電容器發生局部并聯或串聯諧振，造成過電壓或過電流，使電容器絕緣老化，甚至引起嚴重事故。據統計，由于諧波問題引起的電容故障占電容器總故障的71%~83%。

圖2 .1 p-q法檢測諧波原理

2 諧波檢測原理

2.1 基于Fryze時域分析的有功分離法

主要原理是將負載電流分解為兩個分量：一個分量為與電源電壓波形相同的分量作為有功分量；另一個作為廣義無功電流(包括諧波電流)。

G為等效電導，U為u的有效值，P的表達式為：

基于對稱三相電路功率定義的Fryze方法受電源結構的影響，計算結果與瞬時無功功率相同， Fryze功率定義的方法只能計算出諧波與無功電流總和，無法分別檢測諧波與無功電流，對于需要將基波無功電流和諧波電流分別補償的情況，該方法無法應用。

2.2 基于瞬時無功功率理論的諧波與無功電流檢測

（1）檢測諧波

（2）檢測諧波和無功電流

當有源電力濾波器同時用于補償諧波和無功時，只需要斷開圖2.1中的計算通道即可，由即可計算出被檢測電流、、中的基波有功分量即，。最后，分別在、中減去即可得到三相諧波與無功分量之和、。

（3）檢測無功電流

當系統三相電壓對稱不含諧波時，該方法可迅速準確地檢測出被檢電流中的諧波分量和無功分量，但是當系統電壓波形發生畸變時，將造成諧波和無功電流的補償不準確。

2.3 其它諧波檢測方法

（1）帶通(帶阻)濾波器檢測法

一般采用50Hz的帶通或帶阻濾波器把被測電流中的50Hz基波分量分離出來而得到諧波電流。該方法的優點在于電路結構簡單、造價低、輸出阻抗低等。缺點在于，濾波器中心頻率對元件參數十分敏感，受外界環境影響較大，難以獲得理想的幅頻和相頻特性；當電網頻率發生波動時，不僅影響檢測精度，而且檢測出的諧波電流含有較多的基波分量，大大增加了有源濾波器的容量和運行損耗。

（2）快速傅立葉變換法

該方法以Fourier分析為基礎，要求被補償的波形是周期變化的，否則誤差較大。其基本原理是將負荷電流分解為兩個正交分量：一個是與電壓波形完全一致的分量，即有功電流；另一個分量作為廣義無功電流，也就是負荷電流與有功電流的差值。該方法的優點是可以選擇欲消除的諧波次數，還可計算出負載電流的基波有功和基波無功分量，而且受環境因素影響較小。缺點是，要計算出有功電流，必須對上一個電源周期的電壓、電流進行積分運算，再加上其他運算電路所需要的時間，計算量很大，因此該方法檢測出的廣義無功電流瞬時值至少有一個周期以上的時間延遲。

3 諧波抑制方法分析

電網中諧波的抑制多數采用無源電力濾波器（PPF：Passive Power Filter）來實現的。它利用電感、電容元件的諧振特性，在阻抗分流回路中形成低阻抗支路，從而減小流向電網的諧波電流。這種方法既可補償諧波，又可補償無功功率，而且結構簡單，成本較低，技術成熟。但這種方法的主要缺點如下：濾波性能受系統參數的影響較大；只能抑制按設計要求規定的諧波成分；不能對諧波實現動態補償；可能與電力系統發生串并聯諧振等。

目前諧波抑制的一個重要趨勢是采用電力電子裝置對諧波進行抑制，即采用有源電力濾波器（Active Power Filter-APF）技術抑制諧波。有源電力濾波器是一種動態抑制諧波和補償無功的電力電子裝置，它能對不斷變化的負載諧波電流進行實時的補償，而不像LC濾波器有強烈的選擇性。有源電力濾波器可以彌補無源電力濾波器的缺點，獲得比無源電力濾波器更好的補償效果，是一種較理想的諧波抑制及無功補償裝置。

4 結語

隨著社會生活水平的提高，人們對環境的質量要求升級，使得電能質量問題已越來越引起用戶和供電部門的重視。其中“諧波污染”已經成為電網內三大公害之一，為保證電網的安全、穩定、經濟運行，對于諧波問題的影響只有各方面都重視起來，進行綜合治理，才能還電力系統一個干凈的環境。

[1] 陳堅. 電力電子學—電力電子變換和控制技術. 北京：高等教育出版社，2002.

[2] 陳艷惠，黃海鯤崇．基于Fryze功率理論的諧波檢測算法與p-q算法的一致性[J]．山東電力技術，2006，(3)：15-16．

Analysis of the Principle for Power System’s Harmonic Monitoring and Suppression

Yang Mingxuan
(Guangzhou pumped storage power plant,Guangzhou,Guangdong,510950)

Power electronics technology provides high-speed,high efficiency and energy saving means of control for power system .However, it deteriorates power quality by injecting the harmonics and reactive current to the network.It has affected many important areas，such as，Electrical equipment，Substation equipment & Power system communication equipment。So it’s becoming very important to monitor power system’s harmonic correctly。This paper explains the principle of power system’s harmonic monitoring from multiple perspectives，and indicates the ways of harmonic suppression.

power system; harmonic monitoring; harmonic suppression