浙江容大电力设备制造有限公司 浙江杭州市富阳区 311400
摘要：随着电力电子技术的发展，一些大型、高性能、新型的电力电子设备装置在广泛应用的同时，也向电网注入了大量谐波，这给电力系统的安全稳定、经济运行造成了巨大威胁。谐波污染已成为当今电力系统一大公害，因此防治谐波成为当前广大电力科研工作者和生产技术人员的一项重要任务。
关键词：电力系统；谐波；影响；治理
1电力系统谐波简介
在电力系统中电网中谐波可描述为：利用傅立叶级数对周期性非正弦波电量进行分解，从中分解出与电网正弦基波频率相同的分量和基波频率大于1的整数倍谐波分量。研究人员通过对谐波频率和基波频率进行比较得出了该谐波的次数和奇、偶性。在实际电网运行中，谐波不一定是整数倍的次数，经常出现非整数倍甚至是分数的谐波；谐波电压电流的相位关系，受电力系统潮流、谐波源工况、负荷变化而变化。简而言之，电力系统谐波就是一种干扰能力，产生于电力设备的运行之中，同时又反作用于电力设备，使电能质量劣化并威胁电网和各种用电设备的安全可靠运行。供电企业要想减少谐波对电力装置的影响，则需要探究产生谐波的原理与过程，这样才能找到抑制谐波的方法，从根本上杜绝变频器谐波的产生，把注入电网的谐波量控制在国标范围内以保证电力系统的可靠安全运行。电力系统谐波的产生原因：电力系统谐波一般伴随着电力设备的运行而产生，电力企业对电力系统谐波的产生原因进行分析在消除谐波给电力系统的影响方面具有举足轻重的作用。非线性负载的使用是谐波产生的主要源头。当非线性负载在工频电压运行时，负载的工作电流与所加的电压不成正比，就会产不同于工频的其他频率的非正弦电流，从而产生谐波。如高频炉、电解设备、电弧炉、大型轧机、整流设备等非线性用电设备是产生谐波的主要设备；这些设备在输送、转换、吸纳系统中发电机所供给的正弦基波能量的同时，又对部分正弦基波分量转换为高次谐波分量，向电网倒送谐波，使系统的正弦波发生畸变。
2谐波对电力系统的影响
2.1电力系统谐波对变压器的影响
由于在电力系统中变压器和变频器一般一起进行工作，所以变频器在运行中由于电流通过而产生的谐波会直接影响到变压器的正常工作。变压器是电力系统中的核心元件，当供电网络正常运行时，如果变压器因变频器产生的谐波而降低工作效率甚至停止工作时，将会直接导致供电网瘫痪，给供电企业造成无法挽回的损失。另外，当电流通过电力设备时，每台电力设备都会产生不同频率的谐波，这些谐波相互叠加影响，会对变压器的正常运行造成很大干扰。而且如果变压器不能稳定运行，不稳定的电流通过变频器会产生更严重的谐波，如此恶性循环，既降低了变压器的工作效率，又缩短了变压器的使用寿命，直接影响着供电企业的经济效益。
2.2电力系统谐波对电容补偿设备的影响
在谐波作用下，对带有电容补偿的谐波阻抗会随系统的谐波频率不同而变化，系统可以为容性也可以为感性。当系统谐波频率达到某一数值时，并且系统感抗远大于容抗，电容器与系统其他设备产生因大量谐波电流而引起系统并联谐振或串联谐振，并使谐波电流放大，同时可能造成危险的谐波过电压及过电流，这往往使电容器保护熔管熔断甚至损坏电容器。谐波电流一旦被电容器放大并迭加在电容器基波电流上，流过电容器的电流有效值增大，超出其所能承受限值，导致电容器过热而烧坏，也会危及电气回路中其他设备的安全运行。
2.3电力系统谐波对电力电缆的影响
由于集肤效应，在电力系统的运行中的谐波电流流过电缆时，电流集中在导体的表面，导致电缆实际载流面减少、电阻增加，同时谐波电流还会产生较高频率的电场，促使电缆绝缘的局部放电加剧。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆除此之外，电力电缆的分布电容对谐波电流有放大作用，这种情况下使电缆的损耗增加、温升增大而发热，引起电缆介质不稳定的危险性增大，容易发生事故。
3谐波治理措施
3.1强化宣传，提高认识
供电企业自身应提高谐波污染对电力系统以及电能质量危害的认识，加强对谐波源用户的宣传和教育力度，积极引导谐波源用户的谐波危害意识，使其能够积极贯彻落实《电能质量公用电网谐波管理办法》（GB/T14549-1993），减少谐波输出。谐波治理的好与坏直接关系企业生产效率、产品质量及经营成本等诸多方面。谐波源用户应该明白，治理谐波不仅是供电企业的事情，同时还关系到用户自身利益。只有广大电力用户对于谐波危害的认识水平上去了，电力系统中谐波污染问题才能得到控制。
3.2增加换流装置的相数
换流装置是电力系统中主要的谐波源之一，对整换流装置实施必要的改造，可以明显减少较大的低次谐波输出。换流装置交流侧输出PK±1形式的谐波（P为整流相数或脉动数，K为正整数），直流侧输出PK形式的谐波。通过改造增加整流相数（或脉动数），将整流相数6相增加到12时，可有效消除12K±1和12K次较大低频的特征谐波。在实际应用中可将换流相数较少的换流变压器联结成多相形式以达到增加换流器相数的目的或使换流变压器相互间保持一定移相角的设置模式等抑制谐波的危害。
3.3加装静止无功补偿装置
现代工矿企业中大量使用电弧炉、变压器、电动机、轧机等非线性设备，只要处于运行状态，就会向电网中输送大量谐波。一方面随着频率快速变化产生高次谐波；另一方面引起电压发生波动和闪变，严重时造成电网三相间电压出现不平衡现象，影响电网安全稳定，劣化电能质量，给电力用户生产用电带来了隐患。在谐波源处并联加装静止无功补偿装置，可以明显抑制谐波分量，有效降低电压波动、闪变、三相不平衡，提高系统功率因数，提升电网电能质量。
3.4加装有源滤波装置（APF）
有源滤波装置可以动态跟踪补偿，既可以对谐波进行补偿，又可以对无功进行补偿，具有无源滤波装置所无法比拟的优势。有源滤波装置是一种主动抵消谐波电流的设备，其原理是产生与现行电网中的谐波电流极性相反、幅值一样的电流，用以抵消原有谐波电流对电网的危害。有源滤波装置主要由电力电子元件构成，随着电力电子技术的飞速进步，未来有源滤波技术的发展空间将十分巨大。通过以下三种加装有源滤波器的设计方案，可以达到治理谐波的目的。
3.4.1 串联有源电力滤波器
串联有源电力滤波器，产生相反的谐波电压，使负载端交流侧电压变为正弦波。
3.4.2 并联有源电力滤波器
并联有源电力滤波器产生相反的谐波电流，抵消原电线路中的谐波电流。
3.4.3同时串、并联有源电力滤波器
并联APF与串联APF的混合型方案中的APF1阻止电源谐波电压串入负载端和负载谐波电流进入电网，APF2吸收负载的谐波电流，在电网与连接点间同步实现净化电压和电流的目的。
结束语
随着电力电子技术的飞速发展，在现有谐波源的基础上还将会出现更多新的谐波源，这就需要我们在谐波治理工作中更为积极主动。因此，今后有源滤波技术和有源滤波装置的开发与利用将成为谐波治理领域的发展重点。谐波治理是一项漫长的工作，需要我们长期关注。
参考文献
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[2]黄静．电力系统[M]．北京：中国电力出版社，2005．
[3]赵希正．中国电力负荷特性分析与预测[M]．北京：中国电力出版社，2002．
论文作者:鲍锋
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/3
标签：谐波论文; 电流论文; 电力系统论文; 电网论文; 装置论文; 电力论文; 基波论文; 《建筑学研究前沿》2017年第31期论文;