變電站（所）電氣系統中諧波的問題與控制措施

田興武

摘要：變電站在城市建設中是不可或缺的一部分，想要保證供電質量，必須解決變電站中存在的諧波問題，避免電力設備受到不良影響。本文針對變電站諧波問題和控制措施展開分析，希望能夠為相關工作者提供一定的參考借鑒。

關鍵詞：變電站;諧波;控制措施

電力系統中，變電站是非常重要的組成部分，其運行情況將直接影響電網的運行。變電站的諧波問題是導致電力設備出現異常的主要原因，日常工作中必須對諧波問題加以控制，保證電網安全。

一、諧波產生來源

電力系統出現諧波的原因一般都是因為某些設備和負荷出現了非線性的特征，即電壓和電流之間的關系為非線性關系，導致電壓畸變。電源為電力設備提供的電壓正常應該是正弦波形電壓，但是有些電力設備不是非線性類型，電流不會隨著電壓產生同步變化，所以電網中會產生非正弦的電流波形，繼而產生諧波。諧波的出現會造成電網電壓嚴重失真，變電站的諧波問題更是會造成嚴重的安全問題。變電站出現諧波的來源主要有三種：電源質量不高導致諧波產生，發電機進行三相繞組的時候不能保證絕對對稱，鐵心也并不能保證絕對均勻，所以必然會導致電源產生一些諧波;輸配電系統，輸配電系統中出現諧波一般是因為變壓器磁化曲線出現非線性的變化，另外因為變壓器設計的時候就需要盡可能貼近磁化曲線的飽和段，所以諧波更容易出現;用電設備，電網中此類設備產生的諧波所占比例要更高一些，很多電器都是非線性特征用電設備，即便供給電壓是標準正弦電壓，但是也會造成諧波出現，產生大小和設備本身的參數相關。

二、諧波引發的危害

變電站運行過程中，如果諧波產生量較大，那么將造成嚴重的危害，整個電力系統會出現電磁能量振蕩，進而造成內部電壓過高。系統出現了變化以后，可能會導致參數滿足共振條件進而誘發嚴重的共振，燒毀電壓互感器。例如某220kV變電所，該變電所的變壓器有兩臺，220kV線路一條，66kV線路多條，主要用于當地的工業和農業用電。該變電所負荷一年四季變化不明顯，負荷率大約為80%。但是因為該變電所所在區域存在一個需要單獨供電的鋼鐵冶煉企業，負荷相對較高，造成的諧波問題也比較嚴重，對于整個地區的用電環境都造成了影響。

變電站產生的諧波問題會導致電力設備出現集膚效應，使用過程中導致電力系統中的設備損耗率上升，進而導致設備溫度升高，降低整個系統的利用率。另外，諧波還會對變電站的繼電保護造成不良影響。伴隨著計算機技術不斷向強發展，信息時代的到來，諧波測量技術正在不斷發展進步，智能技術正在逐漸應用到諧波控制中，所以未來對于變電站諧波的控制必然將會越來越快速有效。

三、諧波控制措施

1. 諧波污染測量

為了對變電站的諧波分布和產生量進行詳細確認，就必須采取精確的測量方式進行電力系統諧波測量。諧波測量需要參考實際的電壓、電流、畸變率、頻譜情況，常見的測量方法包括神經網絡法、小波變換方法、瞬時無功功率法、快速傅氏變換法等等。其中最為常用的方法就是快速傅氏變換法，這種方法雖然測量的精度有所犧牲，但是測量速度較快，能夠快速得出諧波的具體參數。利用計算機技術可以進行短時間內多次的諧波分解。而目前正在大力研發的方法是神經網絡法，這種方法需要利用人工智能算法進行計算，能夠具備更好的容錯能力，未來發展必然能夠發揮出更理想的效果。

2. 諧波防治措施

現如今，解決變電站諧波問題的主要方法有兩種，一種是人工改造諧波源，另一種則是安裝補償裝置。第一種方法自然是解決問題的根本措施，但是這種方法的難度非常大，不能廣泛推廣使用。第二種方法安裝補償裝置，也就是濾波器，是當前較為流行的控制措施。

電壓無功綜合控制措施。電力系統中，諧波分量和無功功率之間的關系是不存在的，所以處理變電站的諧波分量可以在電容器上串聯電抗器，幫助削弱諧波的同時能夠對無功功率加強控制。所以，在無功功率控制系統中加入諧波控制已經成為了當前變電站的主要應用方法。電力系統中，如果電容器的容抗值對比電網的感抗值更高，那么電力系統的諧振問題出現幾率基本能夠降到最低，若是電容器的容抗值對比電網的感抗值更低，那么電力系統就可能出現諧振問題，必然導致整個系統無法正常運行。諧波問題出現以后，導致事故的常見原因就是并聯電容器，能夠解決這一問題就能夠加強對諧波的控制，實現無功功率的合理治理。

有源電力濾波器控制措施。變電站最開始出現諧波問題的時候，通常使用的控制方案就是加入無源濾波器，通過非線性負載并聯的方式對諧波進行阻擋，產生電阻性的通路，這種方法應用較為簡單，效果也比較好，受到了眾多變電站的廣泛歡迎。但是雖然這種方法使用簡單，效果好，但是在實際應用過程中，需要針對特定的諧波進行控制，可能會導致部分諧波放大，所以目前這種濾波器已經逐漸淘汰使用，取而代之的就是有源濾波器。有源濾波器對比無源濾波器，前者的應用可靠性更高，而且響應速度也更快，能夠對各次諧波進行跟蹤補償，自動輸出無功率。所以，有源濾波器的實際應用效果明顯要更明顯一些。目前在變電站中應用的有源濾波器多數是PMW電壓逆變器有源濾波器，補償電流方式有三種，分別是滯環比較控制、無差排控制以及三角載波線性控制。

四、結論

綜上所述，變電站產生的諧波問題目前并沒有完全去除的可靠方法，所以對于此類問題必須通過有效的控制措施進行合理控制。變電站的諧波源分布較廣，控制過程必須嚴格綜合考慮所有問題。具體控制措施可以通過諧波源結構優化和有源濾波器的使用入手，保證整個電力系統運行的安全性。

參考文獻：

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