摘要：随着我国工业化进程的迅猛发展，电网装机容量不断加大，电网中电力电子元件的使用也越来越多，致使大量的谐波电流注入电网，造成正弦波畸变，电能质量下降，不但对电力系统的一些重要设备产生重大影响，对广大用户也产生了严重危害。目前，谐波与电磁干扰、功率因数降低被列为电力系统的三大公害，因而了解谐波产生的机理，研究和清除供配电系统中的高次谐波，对于提高供电质量、确保电力系统安全、经济运行都有着十分重要的意义。因此，下面本文主要就电力系统谐波的危害与治理进行探讨。
关键词：电力系统；谐波；危害；治理
目前，谐波与电磁干扰、功率因数降低被列为电力系统的三大公害。因而，了解谐波来源及危害，研究和清除供配电系统中高次谐波的方法，对改于供电质量、确保电力系统安全、经济运行都有着十分重要的意义。
1电力系统中谐波的来源
谐波是指对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，而基波是指其频率与工频相同的分量。就电力系统中的三相交流发电机发出的电压来说，其正常波形是正弦量，即电压波形基本上无直流和谐波分量。随着电网中各种电力电子设备的增加，电网的谐波污染日益严重。谐波会使电网中电压和电流波形发生畸变，严重影响电力系统中的电能质量。对电力系统中谐波污染的有效治理，对于保证电力系统的安全稳定运行具有重要的意义。
电力系统中的谐波主要由非线性或者对电流进行周期性开断控制的电气设备产生。电力系统中的谐波源主要有以下两种：一是具有非线性电流电压特性的设备，如感应炉、电弧炉、变压器等。还有就是装有电力电子器件对电流进行控制的设备，如变流装置、变频器、交流控制器等。
这些谐波源中，在设备的电源侧有整流回路的都会产生因其非线性引起的谐波。在输出侧的逆变电路中，对于电压型电路来说，输出电压是矩形波。对电流型电路来说，输出电流是矩形波。矩形波中含有较多的谐波，对负载会产生不利影响，因此即使电力系统中电源的电压是正弦波，也会由于这些非线性元件的存在使得电网中总有谐波电流或电压的存在。因此电网谐波的存在主要在于电力系统中存在各种非线性元件。
2电力系统谐波的危害
谐波对电力系统的危害具体体现在如下几个方面：
2.1电力系统谐波使电网元件产生了附加损耗，易降低发电效率和输配电效率，尤其在大量三次谐波流过三相系统的中性线情况下，有可能引发火灾事故。
2.2谐波会对电气设备的正常运行造成严重影响，不仅增加了电机的损耗，还会引发机械振动和过电压现象，导致变压器局部温度升高。如果电缆、电容器等设备长期受谐波影响处于过热状态，则会造成设备绝缘老化，大幅缩短设备的使用寿命。
2.3由于大部分电气测量仪表都是按照工频正弦波形设计的磁电型和感应型仪表，所以电气测量仪表受谐波的影响较大，会大幅度降低电气测量仪表的准确性。除此之外，谐波还会导致继电器保护装置和自动装置误动作。
2.4在通信系统中，谐波会对通信信号产生干扰，降低通信质量。如果谐波与通信系统极为接近，甚至会导致信息丢失，阻碍通信系统的正常运行。
2.5由于谐波次数高频率上升，再加之电缆导体截面积越大，趋肤效应越明显，从而导政协委员导体的交流电阻增大，使得电缆的允许通过电流减小，另外，电缆的电阻、系统母线侧及线路感抗与系统再串联，提高功率因数用的电容器及线路的容抗与系统并联，在一定数值的电感与电容下可能发生谐振。
2.6目前，电磁环境生态的影响已经成为了新的研究领域，已有证据证实，高次谐波会对人、动物和生态环境造成一定影响。
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3谐波电流的检测方法
谐波电流的检测精度和检测方法直接影响到有源滤波器的滤波补偿效果，因而对相关检测方法的研究是影响有源滤波器滤波补偿系统的关键问题。目前国内外对谐波电流的检测方法主要为基于瞬时无功理论检测法、基于有功分离（理想传输量）的谐波检测方法、频率分析法（基于傅立叶变换）、自适应检测方法、基于神经网络的谐波检测方法、基于小波分析的谐波检测方法、带通滤波器或带阻滤波器检测法（模拟滤波器）和基于现代控制理论的检测方法等多种方法。在众多检测方法中，由日本学者H.Akagi最先提出的基于瞬时无功理论检测法因其对于检测三项电路谐波值的检测效果实时性好，且不受电网参数和负荷影响等优点，在国内外工程中应用较为广泛，取得了良好的工程应用效果，目前国内外对此方法研究最为深入。
4电力系统谐波的治理方法
4.1加装滤波器
滤波器分为无源滤波器和有源滤波器两种，作用是阻止高次谐波进入电网，其原理是运用由L、R、C元件构成谐振回路，可阻止与谐振回路的谐振频率相同或相近频率的谐波进入电网。由于无源滤波器容易受系统参数影响，对某些谐波具有放大作用，因而建议安装有源滤波器，其可控性和响应性较高，而且可以消除与系统阻抗发生谐振危险，同时也能自动跟踪补偿变化的谐波。
4.2加装无功功率静止型无功补偿装置
对于大型冲击型负荷，可装设无功功率的静止型无功补偿装置，以获得补偿负荷快速变动的无功需求，改善功率因数，滤除系统谐波，减少向系统注入谐波电流，稳定母线电压，降低三相电压不平衡度，提高供电系统承受谐波能力。本文推荐以自饱和电抗型的无功功率静止型无功补偿装置，其可靠性高，容易操作，反应速度快，能够有效解决大型非线性负荷产生的电压波动、电压闪变、负序电压、谐波危害等。
4.3改变部分运行、接线方式，减小谐波的产生、叠加、放大及产生危害的机会
增加电网的短路容量、提高电气设备的短路比，来降低谐波对同一电网上其他设备的影响；加强运行时的实时控制，避免轻负荷、高电压的运行状态，以减少谐波电压过高对系统电器设备的影响；有意识地将配变中间相改接A或者C相，减少变压器群产生的谐波。在可能的隋况下，将谐波在高压侧消化。
4.4其它治理方法
4.4.1增加变压器的容量，减少回路的阻抗
由于非线性负载引起的畸变电流在电缆的阻抗上产生一个畸变电压降，而合成的畸变电压波形加到与此同一线路上所接的其它负载，引起谐波电流流过，因此，可采用提高变压器容量，加大电缆截面积，减少回路阻抗的方式来降低谐波的影响，但此种方式不是从根本上消除谐波，掩盖了问题，增加了供电系统的隐患。
4.4.2改善供电系统及环境
对于供电系统来说，谐波的产生不可避免，但通过加大供电系统短路容量、提高供电系统的电压等级，尽可能保持三相负载平衡等措施都可以提高电网抗谐波的能力。选择合理的供电电压并尽可能保持三相电压平衡，可以有效地减小谐波对电网的影响。此外，对谐波源负荷由专门的线路供电，减少谐波对其它负荷的影响，也有助于集中抑制和消除高次谐波。
结束语：
就目前的电力系统而言，谐波源存在于发供用电的各个环节，谐波源的存在严重影响了电网的质量以及运行的稳定，随着电力电子技术的不断发展，各种大功率整流设备的广泛应用，谐波的危害作用将会愈加凸显，其表现形式会更加复杂，造成的经济损失会更加巨大，这是我们的电力系统的必然挑战，也是我们输电技术发展的重要契机。
参考文献：
[1]电力系统谐波分析与抑制措施[J].王春丽.山东工业技术.2014（11）
[2]电力系统谐波污染与治理[J].王宇.中国高新技术企业.2016（02）
[3]电力系统谐波检测算法及检测系统研究[J].苏沛.中国高新技术企业.2015（20）
论文作者:韩雪莹
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/18
标签：谐波论文; 电力系统论文; 电网论文; 电压论文; 电流论文; 滤波器论文; 供电系统论文; 《电力设备》2018年第18期论文;