摘要：电力资源是人们生产、生活中不可或缺的重要资源，在推动工业化建设、保障社会稳定等方面做出了突出的贡献。经过几十年来的努力建设，我国已经构建了相对比较完善的电力网络系统，各种先进、新兴电力电子设备在电力网络中的应用，为满足人们逐渐提高的用电需求奠定了良好的基础。但是，电力网络系统之中，电力电子设备在运行的过程中也容易出现一些问题，从而影响电力网络系统的安全、稳定运行，其中一个最为突出的问题便是谐波问题。本文主要对电力电子设备谐波的危害进行了分析，并提出了有针对性的解决对策。
关键词：电力电子设备；谐波危害；解决对策
在近些年的发展中，推进了工业生产水平的弊端提升，在电力系统中变频技术和电力电子设备有着广泛的应用。然而与此同时其会出现诸多谐波，导致了电网质量受到影响，也会对配电系统产生一定的污染。谐波污染同时也会影响到配电系统的有序运行。配电系统安全等造成较为的危害，同时通过谐波导致的电气设备问题也会促使其出现事故的概念上升。电网谐波会对用电设备和配电系统的有序运行造成危害。
1.谐波产生的原因
在电能的生产、传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。
在发电环节,当对发电机的结构和接线采取一些措施后,可以认为发电机供给的是具有基波频率的正弦波形的电压。
在其它几个环节中,谐波的产生主要是来自具有非线性特性的电气设备:①具有铁磁饱和特性的铁芯设备,如变压器、电抗器等；②以具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备,如气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等；③以电力电子元件为基础的开关电源设备,如各种电力变流设备(整流器、逆变器、变频器)、相控调速和调压装置、大容量的电力晶闸管可控开关设备等,它们大量用于化工、电气铁道、冶金、矿山等工矿企业以及各式各样的家用电器(彩色电视机、微型电子计算机及办公设备)中。以上这些非线性电气设备(或称之为非线性负荷)的显著的特点是它们从电网取用非正弦电流。也就是说,即使电源给这些负荷供给的是正弦波的电压,但由于它们具有其电流不随着电压同步变化的非线性的电压——电流特性,使得流过电网的电流是非正弦波的。这种电流波形是由基波和其基波频率成整数倍的谐波组成,即产生了谐波,使电网电压严重失真。此外电网还必须向这类负荷产生的谐波提供额外的电能。
随着电力电子装置使用的不断增加,同时这些设备产生的谐波又具有较大的振幅,目前它们是电网中的主要谐波源。
2.谐波的危害
2.1弱电系统设备
当前我国已经建立了总体教委完善的电力网络系统，然而因为在诸多因素的影响下，造成了电力网络系统在实际运行中出现了较多的情况。电力电子设备谐波，可以通过经典感应，电磁感应耦合到电力网络系统中，那么则就会给弱电系统设备稳定性带来诸多影响，影响到了电力系统的安全性。电感应的强度同谐波的相关干扰频率之间缺乏直接的联系，然而公共接地下，谐波同样也会影响到弱电系统设备，诸多不平衡的电流转移到接地极，影响到了弱电系统的稳定性。
2.2电动机
谐波对电动机的危害主要是产生附加的损耗、效率降低、机械振动和噪声。由于集肤效应、磁滞、涡流等随着频率增高而使在电动机的铁芯和绕组中产生的附加损耗增加。由于电动机的出力一般不能按发热情况来进行调整,由谐波引起电动机的发热效应是按它能承受的谐波电压折算成等值的基波负序电压来考虑的。实验表明,在额定出力下持续承受为3%额定电压的负序电压时,电动机的绝缘寿命要减少一半。因此,国际上一般建议在持续工作的条件下,电动机承受的负序电压不宜超过额定电压的2%。
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2.3低压开关设备
由于受到谐波电流所带来的影响，全电磁型的配电用断路器，会出现铁耗增大的问题，从而使得断路器发热。再加上涡流、电磁铁等因素的影响，断路器脱扣困难，通常来说，谐波次数越高，那么对断路器设备造成的影响也就越大。由于铁耗增加、导体集肤效应的的影响，使得热磁型断路器发热，大大降低了脱扣电流、额定电流。而对于电子型断路器来说，谐波的存在，也会降低电子型断路器的额定电流，特别是在电子型断路器处于检测峰值的时候，额定电流下降的幅度更大。
2.4通讯系统
谐波干扰会引起通讯系统的噪声,降低通话的清晰度。干扰严重时会引起信号的丢失,在谐波和其基波频率的共同作用下引起电话铃响,甚至还会威胁通信设备和人身安全。另外高压直流(HDDC)换流站换相过程中产生的电磁噪声(3-10KHZ)会干扰电力载波通信的正常工作,并使利用载波工作的闭锁和继电器保护装置动作失误,影响电网、运行的安全。
2.5用电设备
谐波会使电视机、微型电子计算机的图形畸变,画面亮度发生波动变化,并使机内的元件出现过热,使计算机及数据处理系统出现错误。对于带有启动用的镇流器和提高功率因数用的电容器、荧光灯和汞灯来说,会因为在一定参数的配合下,形成某次谐波频率下的谐振,使镇流器或电容器因过热而损坏。对于采用晶闸管的变速装置,谐波可能使晶闸管误动作,或使控制回路误触发。
3.电力电子设备谐波的解决对策
3.1谐波的主动抑制方案
从变流装置入手，科学设计变流装置结构，并适当增加相应的辅助控制策略，以减少甚至是消除电力电子设备谐波。但是，谐波的主动抑制这一方案存在着成本高、效率低的缺陷。同时，电力网络系统中，开关频率较高的设备，也会使PWM载波信号出现高次谐波，干扰高电平的辐射与传导。面对这样的问题，谐波主动抑制方案的设计过程中，应借助EMI滤波器这一设备，消除电力电子设备中的高次谐波信号，预防高次谐波信号作为传导干扰入侵电力网络系统。
3.2谐波的被动抑制
无源滤波器也被称之为LC滤波器，在当前电力系统中滤波器主要为无源，应用了电感、电阻以及电容等进行组合设计组成的滤波电路，一般会将一次或者是多次的滤波及时清除，因此无源滤波器是被动抑制谐波最为重要的设备。通过选择电力电容器，根据具体需求来组合电抗器、电阻器。进而通过给谐波提供并联低阻通路，保障滤波效果的实现。无源滤波器有着结构简单、运行可靠、维护便捷等优势。所以目前变为了抑制谐波、无功补偿比较常见的手段。可以应用简单的无源滤波器结构将电感和电容之间进行串联，进而可以对主要次谐波构成低阻抗旁路，无源滤波器的种类比较多，单调、双调以及高通滤波都是其中的重要组成。因为其类型比较多方便对其进行维护，因此在电力系统中受到了人们的欢迎。
结语：
日益严重的谐波污染已引起各方面的高度重视。随着对谐波现象的进一步认识，将会找到更加有效的方法抑制和消除谐波，同时也有助于制定更加合理的谐波管理标准。为了更好地达到抑制谐波的效果，对不同的谐波源负载应该采用相应结构的滤波装置，如级联型大功率APF、基于DSP的智能型APF等的研究都标志着低损耗、大功率、高频率、智能化的APF是其发展方向。随着谐波污染综合治理工作的逐步深入，电力电子技术的推广和应用必将有更加广阔的前景。
参考文献
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论文作者:王璞,于彬
论文发表刊物:《电力设备》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/28
标签：谐波论文; 电力论文; 无源论文; 系统论文; 设备论文; 电压论文; 滤波器论文; 《电力设备》2019年第12期论文;