摘要：近年来，由于变频器的大量应用和电力电子设备的大量使用，工业配电系统谐波也随之产生。谐波对用电设备和通信系统带来了很大的危害，因此，必须抑制谐波的出现。本文分析了工业配电系统谐波产生的原因及危害，并提出了装设谐波补偿装置与应用有源滤波器的措施来抑制谐波，取得了较好的效果，可供借鉴与参考。
关键词：工业配电系统；谐波；危害；抑制措施
引言：由于工业生产水平的整体提高，越来越多的变频技术和电力电子设备得到了广泛应用。但同时产生了大量的谐波，严重影响了电网的质量，对配电系统产生了污染。谐波污染会对配电系统稳定运行、配电系统安全等构成一定危害，通过谐波造成的电气设备问题导致出现的事故逐年提升。电网谐波的存在，严重威胁了用电设备以及配电系统的运行。
1 谐波污染危害
谐波源于整流电路设备，是电网规模发展和扩大的必然结果。工业上谐波源主要涉及电力电子装置，如晶闸管可控开关设备、中高频感应炉等。从特点与性质角度来看，谐波具有间谐波、波动谐波及稳态谐波等类型，由于它们具有多态性、不确定性，务必要在现实生活中对其予以观察，总结它们的规律，才能够确定出谐波属性，实现针对性治理。一旦产生谐波，会对电网运行产生负面影响，降低配电质量，如影响断路器、补偿及用电设备等运行效果。具体如下。其一，增加公用电网额外损耗，降低输配电设备运行效率。导致电容器、变压器及其他感性设备等出现过热现象，长期在上述状态中运行，势必会缩短设备使用寿命，谐波引起的谐振会使电气设备及电缆线路出现绝缘老化和击穿现象。其二，引起电能计量紊乱。配电系统中的大量高次谐波电流，会严重干扰电能计量装置的计量精度，使计量准确度大打折扣。同时，也会损坏电能计量装置，并可能引起中线过载，发热引发火灾事故。其三，谐波的产生。除了对供配电系统产生影响，还会影响到通信及信息系统运行，通信质量大打折扣，严重情况下，还会造成信息丢失，工控系统难以发挥有效作用，可见谐波的危害不容忽视，加强对谐波治理是实现供配电系统稳定运行的重中之重。
图1
2谐波产生的原因
20世纪20年代，人们已经开始对谐波进行了研究。德国应用静止弧变流器，使电流波形同电网电压等都出现了一定畸变。后来随着工业技术的不断发展，变频技术及在实际电力设备的广泛应用，此背景下出现了较多谐波。在配电系统中变频器是谐波出现的主要源头，在风机、锅炉、水泵及皮带机等设备中应用较为广泛。变频器可以把电网的工频电变为多种频率的交流电，进而保证电流的调速功能的实现。目前，应用较多的是交－直－交变频器，其功能是将频率固定的交流电转变为直流电，最后将其变为可调的三相交流电。ＳＰＷＭ逆变原理是通过寻找导通触发规律而实现的，其输出电压作为一连串正负交替变换的脉冲，随着其宽度出现变化。ＳＰＷＭ逆变器对电压型直流回路有一定的影响，而电容器的电压则会保持恒定，在其整流电路中，输入电压的瞬时值比电容器端的电压较低时，整流器件就会承受住反压，导致其不能导通，要求在输入电压瞬时值比电容器端高时电流才会输入，在电流断续的情况下，则可以在输入侧有谐波出现。在配电系统中，照明设施是谐波出现的重要因素，因为电弧放电和电子镇流器的整流电路伏安特性是比较严重的非线性，所以出现严重的谐波电流，其中3次谐波含量较高。在照明灯具被接为三相四线制时，中性线会有3次较大的谐波电流通过，而每一个灯具上都有补偿电容器，3次谐波电流会出现谐振，其会放大谐波，进而电压波形出现畸变。
3谐波的抑制措施分析
3.1有源滤波方法
（1）有源滤波方法原理。通过有源滤波器产生幅值大小和相位均与母线上电压（电流）谐波相反的谐波源，将母线上的谐波电压（电流）抵消，见图1。
（2）有源滤波方法的作用是滤除2~50次电压谐波，保障供电可靠性、降低干扰、提高电能质量；串联有源滤波器主要抑制电压谐波；并联有源滤波器主要抑制电流谐波。
（3）有源滤波方法的缺点是造价高，在大容量场合无法使用，有源滤波器单台容量一般不超过100kVA，适用电网电压690V以下。
3.2无源滤波方法
（1）方法原理。见图2，无源滤波器主要由电容器和电抗器组成串联LC谐振电路，其谐振频率设定为与需要滤除某主次谐波频率相接近，使主次谐波大部分流入无源滤波器，从而起到滤波的目的。
图2
（2）方法作用。能滤除高次谐波、改善电流和电压波形，提高电能质量，提高设备的安全性、稳定性和可靠性。
（3）方法缺点。LC参数无法连续调控，谐振频率精度不高；受参数离散化影响，使谐振点偏移、滤波效果较差。
3.3电力谐波动态治理方法
3.3.1技术原理
采用谐波动态治理方法具有无源和有源滤波的多重特性，通过控制基波电流与谐波电流的特征值和关联度，吸收谐波、补偿基波、降低基波电流和电流有效值，实现谐波治理及节电。谐波的动态滤波节电装置见图3。
图3
3.3.2治理作用
可滤除谐波、改善电流电压波形，提高电能质量，治理谐波源对电网的污染，提高功率因数和设备的安全性、稳定性和可靠性，降低电耗，节约电能。
3.3.3技术特征
电力谐波治理节电装置由电磁耦合能量变换器、电容器组、谐波治理智能控制系统以及谐波、基波、无功电流检测等部分组成；实时跟踪电力谐波变化、动态调控电磁耦合能量；实时检测电力谐波与无功电流，通过智能控制算法控制基波电流与主次谐波电流关联度、补偿基波无功、控制谐波电流吸收率和节电效率；在治理谐波电流的同时，使基波和电流有效值同步降低，实现谐波治理及节电。
4结束语
工业配电系统谐波治理是一个综合治理的过程，首先要从源头做起，做好设备的管理，最大可能降低谐波的出现。另外，要提高认识，做好谐波治理，避免谐波危害。从实践来看，应用有源电力滤波器是当前抑制谐波最为重要的措施，可以在大范围进行推广。
参考文献：
［1］刘庆伟，刘向东．谐波的危害与治理［J］．机械制造与自动化，2017，（3）．
［2］李海，林威．电力系统谐波治理浅析［J］．现代企业教育，2017，（12）
论文作者:顾德虎
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/17
标签：谐波论文; 电流论文; 电压论文; 基波论文; 滤波器论文; 电网论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第19期论文;