電力系統中諧波檢測與抑制方法分析

張青山

【摘 ?要】當前電力系統中，諧波污染已經成為一種非常嚴重的污染問題，對電力系統運行質量產生了嚴重威脅，不僅擾亂樂部分設備正常工作，還可能造成通信電路混亂，降低通信電路工作質量。

【關鍵詞】電力系統;諧波檢測;抑制技術

引言

在電力系統的工作過程中，電力輸送的質量標準除了需要保證電壓和電流的穩定性之外，同時還需要有效地考慮到波形所產生的影響。在我國電力系統波形的產生標準當中，通常情況下是以50Hz作為正弦波形。電力企業的發展速度不斷加快，使當前國內外針對電力系統的設計以及相關電力設備的制造標準都有著一定的改變，對電力系統當中所產生的波形有著明確的要求。從中可以認為發電機內部所生成的電壓波形基本上都是一種正弦波形，但是隨著工業化和電氣化的發展速度不斷加快，在電力系統的供電過程中會產生一些非線性的復合波形。

1諧波的檢測技術

1.1帶阻濾波法

該檢測方法需要設置一個低阻濾波器，其功能是將正常工作基波截斷，使過濾出來的電流全部以諧波電流分離出來，從而達到檢測目的。這種檢測方法比較簡單，檢測結果一般也比較粗糙，準確度不高。因此在實際檢測過程中一般較少運用這種方法。

1.2帶通選頻法和FFT變換法

帶通選頻法需要較多數量的窄帶濾波器，經過層層過濾，獲得較為精確的諧波電流，從而達到檢測目的。FFT變換法是指通過計算機對諧波進行分析，對需要檢測的電流進行取樣，并進行相關處理，達到檢測目的。這兩種檢測方法雖然都能得出較為精確的檢測結果，但是各自都存在很大的局限性，帶通選頻法實施過程中受環境影響大;FFT變換法所需成本較大。因此，二者都不適宜一般諧波檢測。

1.3基于瞬時無功功率理論的諧波電流檢測法

瞬時無功功率理論在20世紀80年代由日本學者提出，該理論的提出很大程度上解決了諧波電流檢測工作中的某些阻礙。瞬時無功功率理論也稱為“p-q”理論，p指的是瞬時有功功率，q指的是瞬時無功功率。運用該理論方法能夠得出p和q的相應值，進而得出被檢測電流中的基波分量，從而測算出電流中的諧波分量。但是這種檢測方法依舊存在一定問題，如該檢測方法只適用于三相電壓正弦對稱情況下的三相電路諧波和基波無功電流的檢測。該理論提出十年后，又有學者提出“d-q”理論，該理論是對“p-q”理論的補充，擴大了瞬時無功功率理論實際應用范圍。

1.4小波變換檢測法

這種檢測方法需要對待檢測電流中的諧波進行離散，通過處理數字信號得出待檢測電流中諧波的準確信息。這種檢測方法利用了諧波自身自帶的一些特征，如諧波是多種不同頻率電流的集合;小波變換檢測法能夠精確測算出諧波的各種頻率分量。小波變換自身具有很多優勢，如“調焦”性，而且小波變換不受信號波動影響，所以這種方式不需要對信號進行周期性采樣。具體采用何種檢測方法還需要關注檢測主體的檢測目的，例如對于電力部門而言，檢測的目的是要得出不同頻率的諧波在待檢測電流中的具體含量，而對不同頻率的各種諧波出現時間則沒有相應的檢測要求。同樣，對于某些檢測主體而言，他們關注的是諧波出現的具體時間，對不同頻率的諧波所占具體含量并不關注。

2諧波的危害

在電力系統當中產生大量的諧波，會對電力系統的安全運行產生一定的影響。諧波電流的問題產生，不僅會造成電路和發電機內部形成功能損耗，以及設備內部工作溫度不斷升高，而且也會造成發電機電動機或者是大型變壓器形成較強的震動和較大的聲響。在產生一些比較低的諧波當中，會造成系統內部轉換裝置工作的電流不穩定，同時諧波的電流也會對通信和繼電器裝置形成不良的影響。產生干擾的情況下，會造成電話通信之間的影響問題，同時還可能形成繼電保護裝置內部錯誤和異動的情況。如果電力系統中所產生的諧波程度相對較大，會對內部的消弧線圈的滅弧作用產生不良的影響，造成單相電力工作失效的問題。如果不能及時采取相應的解決措施，那么會嚴重地影響到自動電閘的開合時間。大量諧波的產生會造成內部電容器的損壞，在電力系統工作當中諧波對外部電容器的影響比較明顯，大量諧波的產生會加大介質的整體損耗程度;同時諧波的產生次數和產生的量越大，那么所造成的電壓以及電網的損壞程度越明顯。主要表現在電力系統當中，電容器的工作溫度不斷提高，同時電容器的溫度升高會造成內部介質的損壞程度加大，如此循環下去最終造成了電容器被高溫損壞。

3諧波的抑制方法

3.1主動型諧波抑制方案

這種抑制方案的實施需要從產生諧波的裝置入手，可以采取以下三種方式：第一，三相整流變壓器采用Y、d或D、y結構。這兩種結構能夠有效阻斷高次諧波。第二，增加整流器的脈沖數。這一操作能夠有效抑制低次諧波。第三，采用脈寬調制技術。此技術能直接將直流電壓轉換成交流電壓，從源頭上抑制諧波的產生。

3.2無源濾波器（PPF）

無源濾波器的工作原理是為諧波提供低阻通路，從而對其進行分流，最終減少進入電力系統中的諧波量，達到抑制諧波的目的。因為裝置購置成本小，而且維護簡單，所以這種裝置在日常工作中被大范圍應用。在并聯電容器當中對電力系統中的功率因素影響比較明顯，同時該電容器設備會對調節波動電壓起到良好的控制作用。但是在諧波大量存在的條件下，在某種參數電容器的工作中會對這種諧波無限放大，為了有效避免電容器對諧波所產生的放大作用，通常情況下所采用的措施為替換電容器串聯限流電抗器，將電容器的支路轉變為濾波器。通過這種方式可以有效限制電容器當中電容的投入量。

3.3有源濾波器（APF）

APF的工作原理和無源濾波器原理大不相同，這種裝置主要是通過產生與原有諧波相位相反的電流對原有諧波進行控制。APF產生的、與原有諧波相位相反的電流能夠與原有諧波相抵消，保證電力系統正常工作。APF不僅能抑制各種頻率諧波，而且動態性較強，具有較強的自適應功能。有源濾波器可分為串聯型、并聯型以及串并聯型。串并聯型有源濾波器綜合了串聯型有源濾波器和并聯型有源濾波器的特點，所以一般認為串并聯型有源濾波器是三種類型濾波器中性價比最高的。有源濾波器內部由兩個主要的放大部分所構成，主要在電流計算器電路和補償電流發生器電路當中加以實現。電流運算器當中的核心點是通過無償補償的對象和電流無功分布量的方式來進行工作，補償電流當中所產生的電流量，依照電流運算當中的電信號指令，對產生的補償電流進行控制。和有源濾波器相比，無源濾波器不但可以對電路當中的諧波問題進行補償，同時還可以有效地抑制諧波過量的問題，整體的功能性比較合理，同時經濟價值較低。濾波器在使用過程當中不會受到電路系統中的阻抗因素所影響，可以有效消除系統內部所產生的諧波共振的影響問題，具有較高的適應性、可控性和快速響應性。根據實踐經驗，對有源濾波器和串聯濾波器進行了科學的控制，在最近幾年當中，設計出了混合型和并聯混合型的有源濾波器，可以有效控制電路中產生的諧波問題。

結束語

電力系統中的諧波治理能有效提高電網供電效率，保護電網中的用電設備，對電力系統的運行起到了積極影響。

參考文獻：

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（作者單位：國網陽泉供電公司）