電力系統(tǒng)諧波治理的基本方法分析

祝國炳

摘要：最近幾十年以來，隨著電網(wǎng)輸電量的不斷增大，大量的非線性用電設備在電網(wǎng)中使用，在這樣一個過程中，整個電網(wǎng)輸電系統(tǒng)之中的諧波越來越多。讓整個輸電系統(tǒng)和網(wǎng)絡之中的能量損耗非常多，影響著電網(wǎng)保護裝置和電動化控制設備的穩(wěn)定運行。在這樣一個輸電過程中，這些設備不斷錯誤的觸發(fā)，威脅著電網(wǎng)的正常運行。電力輸電系統(tǒng)中諧波的治理關系著電網(wǎng)供電和效率和安全，本文對諧波在電網(wǎng)系統(tǒng)中的治理方法進行分析，結合實際進行探討。

關鍵詞：電力系統(tǒng)，諧波治理，非線性用電，電網(wǎng)

引言：輸電網(wǎng)系統(tǒng)效率的高低和供電安全對民眾生活及工業(yè)建設都有著至關重要的影響，經(jīng)濟要穩(wěn)定發(fā)展，就需要保障輸電的效率和質(zhì)量，讓工業(yè)化和民眾生活都能享受到優(yōu)質(zhì)的電能。而電網(wǎng)之中的諧波比重越來越大，讓電能損耗很大，為了維持供電的穩(wěn)定，需要用各種方法對這些諧波進行治理。文章主要就是分析基本的諧波治理方法和原理，為行業(yè)盡自己一份綿薄之力。

一、輸電網(wǎng)系統(tǒng)中諧波產(chǎn)生的原因

在供電系統(tǒng)之中產(chǎn)生諧波的原因主要是電力設備的大量使用，這些設備包括用電設備和發(fā)電設備兩大種類。理論上來說，發(fā)電機通過轉子產(chǎn)生正弦波形的磁場，但在實際的工業(yè)過程中這樣的磁場不完全是正弦波形，導致最終向外面?zhèn)鬟f的電壓波形也不是理論上的所謂正弦波。

有兩種類型的發(fā)電機被廣泛在工業(yè)上運用，即所謂的隱極機和凸極機。在工業(yè)過程中用在汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機這兩種機器和設備上。

對于諧波的產(chǎn)生，隱極機相比較凸極機有一定的優(yōu)勢。但在科學技術的不斷進步下，各種電子勵磁設備和裝置的大量使用，讓發(fā)電機產(chǎn)生大量的諧波。一旦發(fā)電機的端電壓高過額定電壓的百分之十或者以上的時候，在發(fā)電機磁場飽和的作用下，電壓的三次諧波數(shù)量會大量增加。同時，變壓器的電源電壓如果超過額定電壓百分之十的時候，二次側電壓產(chǎn)生的三次諧波也會大量增加。電網(wǎng)電壓的偏移差距不大，發(fā)電和變電機器在各種作用下產(chǎn)生的諧波數(shù)量很小，相比較國家的考核指標相差很多。所以發(fā)電變電設備和機器并不是形成輸電網(wǎng)波形質(zhì)量高低的主要原因。

這些都是非線性用電設備的代表機器和設施，研究分析清楚這些諧波是如何產(chǎn)生，如何變化而來的理論原因，才能從理論上設計治理諧波的方式。

二、治理諧波的基本方法分析

治理諧波的基本方法主要有兩種，分為變電集中處理和非線性用電設備分散處理兩種方法。具體又可以分為三種方式。根據(jù)實際的治理原則進行選擇使用。

1.縮減電源和非線性用電設備之間的所謂電氣距離，本質(zhì)上就是降低整個系統(tǒng)之中的阻抗，達到提高供電電壓的等級。鋼廠就經(jīng)常使用這種方式，新建的變電所距離鋼廠距離縮短為4千米，用35KV的專線進行輸電和供電，這就讓35KV的諧波數(shù)量和比例能夠控制在國家所規(guī)定的標準之內(nèi)。除此之外。還大量使用大容量的發(fā)電機，因此這些非線性負荷的所謂電氣距離就大大縮短。這樣產(chǎn)生的諧波對于輸電網(wǎng)的威脅就降低很多。這種治理方式投資很大，還需要協(xié)調(diào)規(guī)劃電網(wǎng)的發(fā)展。

2.隔離諧波。在非線性用電設備或者儀器設施上不斷出現(xiàn)所謂的諧波，危害性極大，會降低本級輸電網(wǎng)絡的工作效率，由于變壓器的作用，還會使得這種危害變得更加強大。需要將這些非線性用電設備儀器產(chǎn)生的諧波影響減少到最低，這樣的治理方法在電網(wǎng)和供電中被大量使用。發(fā)電機產(chǎn)生的電能要通過不同接線組的變壓器來進行工作，將發(fā)電機產(chǎn)生的各種零序分量諧波及各自層級的輸電網(wǎng)絡分別進行隔離。經(jīng)過這樣的處理，在高壓輸電網(wǎng)上產(chǎn)生的諧波分量就會變小，甚至是變?yōu)榱恪?/p>

3.安裝濾波器。因為在很多工業(yè)變電所及用戶側的諧波治理過程中，很多時候會采用安裝諧波過濾器的方式來降低諧波產(chǎn)生的數(shù)量。所使用的濾波器分為有源濾波器和無源濾波器兩個不同的種類，分別針對不同的諧波進行治理。

有源濾波器的工作原理是將電源側產(chǎn)生的電流波型參照正弦波的波型，如果有相差的部分只能用有源濾波器來重新補償，這也是諧波治理方式的一個方向。現(xiàn)階段的功率電子元器件成本很高，沒有條件做大范圍的推廣和運用。但在將來，隨著科技的進步，各項成本的降低，這樣的方式是很具有光明前景的。

無源濾波器的原理則是運用并聯(lián)或者串聯(lián)的方式，讓諧波不斷產(chǎn)生諧振，在串聯(lián)諧振發(fā)生的時候，這次諧波的電壓就會很小，有時候無限趨近于無。用這樣的方式將濾波器放置在變壓器的側出口處，在濾波器的作用下變壓器的一次側的諧波數(shù)量也會減少，這樣就達到對第一次第二次產(chǎn)生的諧波進行治理的效果。無源濾波器多采用串聯(lián)的方式進行，在使用的過程中經(jīng)常運用兩組以上的濾波器配合使用。在經(jīng)過多次諧振之后，起到補償電容器組件的效果。在電力輸送中，這樣的方式經(jīng)常運用在110KV和35KV的變電所的母線輸電上。

因為計算誤差和精度及電容器電感器件制造的差異性等各種原因，要是固定用計算出來的標準數(shù)據(jù)來進行配置，在通過標準審查的時候就很難通過。要想保證串聯(lián)的濾波器能夠在多次的諧波頻率中進行諧振，就要讓電感保持一定程度的調(diào)節(jié)范圍和誤差允許，在這樣的基礎上才能保證濾波器的順利和穩(wěn)定運行。在具體的使用過程中，還需要進行調(diào)試和裝配。

三、總結諧波治理辦法和未來的前景

1.如果是電弧加熱用電儀器和設備，需要用6相和12相等多相電弧爐變壓器，讓低層次的諧波數(shù)量和比例逐漸下降，高層次諧波的數(shù)量和比重提高。現(xiàn)在經(jīng)常用的是兩臺不同的變壓器在工作過程中再分別配置上兩臺相同容量和體積的電弧爐，用這樣的方式將兩個爐同時作業(yè)。通過串聯(lián)無源濾波器的作用治理下讓這些用電設施上產(chǎn)生的諧波不超過國家標準。

2.如果是交流整流直流用電設施就使用多相整流。多相整流在工作中產(chǎn)生的諧波數(shù)一般為流相整數(shù)上下浮動1次，不同相的整流設備諧波數(shù)量不一樣，有十一次，十三次和二十五次的，諧波產(chǎn)生的頻率越高，串聯(lián)濾波器的投入就越小，諧波的治理就越好。

3.如果是開關電源及設施的諧波處理。方法是運用兩臺變壓器進行初步并聯(lián)，這是工業(yè)上用的典型方式，用到的儀器是中頻爐。通過變壓器的帶動讓兩臺相同容量的頻爐能夠同時進行操作。用這樣的方式來提高產(chǎn)生更多強度更大的諧波，并且進行串聯(lián)吸收，這樣就能減少諧波反射的數(shù)量。

4.變頻器中的諧波處理方式。西方歐美發(fā)達國家的變頻器和諧波治理的設施是一起進行銷售和供應。兩者之間的價格沒有相差多少，中國大部分的企業(yè)都僅僅配置變頻器，沒有安裝諧波治理的配套設施。但是變頻技術使用范圍越來越大，輸電網(wǎng)中的諧波影響程度會越來越大，因此最好兩者還是一起進行配置的比較好。

可以將電動機多放置一些在用戶側。用這樣的方式不僅可以進行無功率補償，逐步降低電壓波動和閃變的影響，同時還可以吸收很大一部分的諧波電流。這樣對于諧波的降低和治理也是有很大程度幫助的。

結束語

綜上所述，諧波產(chǎn)生的影響對于輸電和供電的效率來說不可忽視，需要根據(jù)實際采用各種方法治理諧波，減少諧波的產(chǎn)生，將諧波的影響降到最低。在選擇治理諧波的時候，要仔細分析這些諧波治理方法，找到最適合有效率的方式。

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