(广东惠州天然气发电有限公司 广东惠州 516000)
摘要：随着电力电子装置广泛应用在发电厂中，谐波污染对发电厂和电网的危害日益增加，谐波使电能质量下降，严重危害发电厂的安全、经济运行，影响工农业社会生产。因此本文将分析发电厂谐波产生的原因、谐波污染源以及谐波的危害，最后提出抑制发电厂谐波的措施，把发电厂的谐波含量控制在允许范围之内，保证发电厂安全生产，使电能不受谐波污染，为电网提供优质的电能。
关键词：发电厂；谐波污染；危害；抑制措施
1 导言
随着电力电子技术的发展，接入电网的整流、换流设备和其他各种非线性负荷设备日益增加，这些电气设备产生大量的谐波，严重污染了发电厂厂用电，危及发电厂的安全运行，同时降低发电厂的供电质量，对社会的工农业生产造成一定的影响。因此，分析发电厂电气系统谐波的来源与危害显得尤为重要，从而采取有效的措施，抑制发电厂电气设备谐波的产生，保障发电厂电气设备安全可靠运行，为电网提供优质的电能，推动社会经济的高速发展。
2谐波产生的原因
谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。根据工频基波整数倍的频率可分为三次谐波、五次谐波等，如图2-1。非工频整数倍的谐波称为间谐波。在理想的干净供电系统中，电流和电压都是正弦波的。在只含线性元件的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。然而当电流流经非线性负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。因此，在电力系统中，谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。发电厂中常见的非线性负载有UPS、逆变器、变频器、UPS等。
图2-1 谐波波形
3 发电厂谐波源
3.1 发电机的谐波
同步发电机所产生的谐波电动势是定子和转子之间的空气隙中的磁场非正弦分布所产生的。发电机中每一对磁场下气隙中的磁场都不可能按照正弦进行分布。在发电机实际的运行中，气隙磁场不是严格的正弦波，只是含有一定的谐波成分，而这些都是由磁场的结构所造成的。因此，在发电机的输出电压中，其本身就存在一定的谐波，而这其中的频率和谐波电压都是发电机本身的结构和工作状态。
3.2 变压器的谐波
变压器的谐波主要是磁场非线性所引起的，变压器的励磁回路具备非线性的电感。因此，励磁电流成为了非正弦波形。此外，由于磁路的非线性，就会相对产生正弦波磁通，励磁电流应该为尖顶波，如果这个在这个时候为励磁电流为正弦波，磁通就会成为平顶波。不论是平顶波还是尖顶波，都含有大量的奇次谐波，若励磁电流为尖顶波，则作为受电端的变压器原边，其电流含有谐波。若磁通为尖顶波，那么副边相电压将为非正弦波，输出电压就含有谐波成份。
3.3 变频器
变频器的主电路一般为交-直-交组成，外部输入380V／50Hz的工频电源经三相桥式不可控整流成直流电压信号，经滤波电容滤波及大功率晶体管开关元件逆变为频率可变的交流信号。
输入侧产生谐波机理：在整流回路中，输出电压，电流都将产生因其非线性引起的谐波。以三相桥式整流回路为例，交流电网电压为正弦波，交流输入电流的波形为矩形波，对于此方波，按傅立叶级数可分解为基波和各次谐波，通常含有6x+1(x=l，2，3?．)次谐波。
输出侧产生谐波机理：在逆变输出回路中，输出电压和电流均有谐波。对于PWM控制的变频器，只要是电压型变频器，不管是何种PWM控制，其输出电压波形为矩形波。其中谐波频率的高低是与变频器调制频率有关。
4 发电厂谐波的危害
4.1 降低供电可靠性
谐波电压在许多情况下能使正弦波变得更尖，不仅导致变压器、电容器等电气设备的磁滞及涡流损耗增加，而且使绝缘材料承受的电应力增大。谐波电流能使变压器的铜耗增加，所以变压器在严重的谐波负荷下将产生局部过热，噪声增大，从而加速绝缘老化，大大缩短了变压器、电动机的使用寿命，降低供电可靠性，极有可能在生产过程中造成断电的严重后果。
4.2 电气设备运行异常
对旋转的发电机、电动机，由于谐波电流或谐波电压在定子绕组、转子回路及铁芯中产生附加损耗，从而降低发输电及用电设备的效率，更为严重的是谐波振荡容易使汽轮发电机产生震荡力矩，可能引起机械共振，造成汽轮机叶片扭曲及产生疲劳循环，导致设备无法正常工作。
4.3 引发供电事故
电网中含有大量的谐波源(变频或整流设备)以及电力电容器、变压器、电缆、电动机等负荷，这些电气设备处于经常的变动之中，极易构成串联或并联的谐振条件。当电网参数配合不利时，在一定的频率下，形成谐波振荡，产生过电压或过电流，危及电力系统的安全运行，如不加以治理极易引发输配电事故的发生。5 发电厂电气设备谐波抑制措施
5.1 降低谐波源的谐波含量
降低谐波源的谐波含量也就是在谐波源上采取措施，最大限度地避免谐波的产生。这种方法比较积极，能够提高电网质量，可大大节省因消除谐波影响而支出的费用，并避免因加装消谐装置而引发的其它负面影响。具体方法有:增加换流装置的脉动数、利用脉宽调制（PWM）技术、限制整流设备的容量、在整流电路中串接适当的电抗器等。
5.2 加装无源滤波器 (PassivePowerFilter，简称PPF)
无源滤波器安装在电力电子设备的交流侧，由L、C、R元件构成无源网络，吸收负载产生的谐波电流。无源滤波器分调谐滤波器与高通滤波器，前者分单调谐滤波器和双调谐滤波器，用于吸收单一次数或相邻的两次谐波，后者用于吸收某一次及以上各次谐波。滤波装置一般由一组或数组单调谐滤波器组成，有时再加一组高通滤波器。单调谐滤波器利用R、L、C电路串联谐振构成，如图5-1所示。滤波器对n次谐波阻抗为
图5-1 滤波器的接线方式
5.3 采用有源滤波器校正技术
无源滤波器及静止无功补偿装置虽然能减少谐波分量，抑制某些谐波，但却不能对变的高次谐波动态补偿。现阶段谐波补偿和抑制的一个重要趋势是采用有源滤波器APF(AC activePowerFilter)了。APF能对幅值和频率都变化的谐波及变化的无功进行补偿。利用可控的功率半导体器件向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。
6 结论
通过对上述的内容进行分析研究之后可以得出，谐波对发电厂的污染日益严重，为此，本文先分析谐波产生的机理，然后研究发电厂产生谐波的电气设备，最后介绍了三种抑制谐波危害的方式。这三种方式能有效地将谐波抑制在允许的范围内，保障电气设备的可靠运行以及发电厂安全优质地对外供电。
参考文献
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[2]贾忠政.发电厂电气系统中谐波的问题与控制措施[J].科技创新导报,2015,12（24）147-151
[3]史朝晖.发电厂厂用电系统谐波监测与抑制[D].山东大学,2005.
论文作者:王日彬
论文发表刊物:《电力设备》2016年第24期
论文发表时间:2017/1/16
标签：谐波论文; 发电厂论文; 电流论文; 滤波器论文; 电压论文; 无源论文; 电网论文; 《电力设备》2016年第24期论文;