（国网冀北电力有限公司唐山市丰南区供电分公司 河北唐山 063300）
1.1研究背景
电力工业是国民经济的基础产业之一，近年来，我国经济飞速发展，对电力需求超速增长，导致供电十分紧张，电力系统亦如此。如果说新建电源点是开源之举，那调整网架结构、治理谐波污染就是节流之措。谐波存在于电力系统发、输、配、供、用的各个环节。治理好谐波，不仅能降低电能损耗，而且能延长设备使用寿命，改善电磁环境，提高产品的品质。
1.2研究现状
目前对谐波的危害没有引起足够的重视，往往认为谐波治理是电力部门的事情，是一种单边行为，这是一个很大的误区，作为电力归口管理部门有必要加强谐波治理方面的宣传，强调谐波治理的重要性和必要性。谐波的治理，需要大量的投资，不能仅靠供电部门，还要调动电力供需中的各个方面，在分清谐波来源的基础上，走共同治理之路。
1.3研究目的和意义
谐波治理已经成为电网建设和运行管理中亟待解决的问题，了解谐波产生的机理，检测和治理电力系统中的谐波，有以下意义：一是治理好谐波，能在不同程度上降低电能损耗；二是治理好谐波，能延长电力设备的使用寿命；三是治理好谐波，能改善电磁环境，提高供电质量。
2电力系统中谐波的基本特性
2.1配电网谐波产生因素
谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率是基波频率的整数倍数。理论上看，非线性负荷是配电网谐波的主要产生因素。非线性负荷吸收电流和外加端电压为非线性关系，这类负荷的电流不是正弦波，且引起电压波形畸变。周期性的畸变波形经过傅立叶级数分解后，那些大于基频的分量被称作谐波。非线性负荷除了产生基频整次谐波外，还可能产生低于基频的次谐波，或高于基波的非整数倍谐波。
2.2谐波类型
要治理谐波改善供电品质，需要了解谐波类型。谐波按其性质和波动的快慢可分成四类：准稳态谐波、波动谐波、快速变化的谐波和间谐波四类。
3谐波源
3.1电力系统中的谐波源
电力系统中谐波源有以下几种：一是各种非线性用电设备，如换流设备、调压装置、电气化铁道、电弧炉、荧光灯、家用电器以及各种电子节能控制设备等是电力系统谐波的主要来源。二是供电系统本身存在的非线性元件，这些非线性元件主要有变压器励磁支路、交直流换流站的晶闸管控制元件、晶闸管控制的电容器、电抗器组等。三是家用电器，如荧光灯等的单个容量不大，但数量很多且分布于各处，又难以管理。
3.2配网中的谐波源
严格意义上讲，电力网络的每个环节，包括发电、输电、配电、用电都可能产生谐波，其中产生谐波最多位于用电环节上。
输电和配电系统中存在大量的电力变压器。因变压器内铁心饱和，磁化曲线的非线性特性以及额定工作磁密位于磁化曲线近饱和段上等诸多元素，致使磁化电流呈尖顶形，内含大量奇次谐波。变压器铁心饱和度越高，其工作点偏离线性就越远，产生的谐波电流就越大，严重时三次谐波电流可达额定电流的5%。
3.3电容器不能正常投入问题的分析
装设电容器后系统的谐波阻抗随系统的谐波频率不同时会发生变化，即可大可小，并且当系统的谐波频率达到某一特定值时，并联电容器可能会与系统发生并联谐振或导致该次谐波被放大。由于电容器对谐波电流的放大作用，它不仅危害电容器本身，而且会危及电网的正常运行。存在非线性负荷的客户要保证电容器的正常运行，必须要解决好电容器对谐波电流的放大问题，而解决问题的根本方式就是采取措施抑制谐波的产生。
4谐波的危害
4.1电力系统中谐波的危害
一是谐波会使公用电网中的电力设备产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率；二是谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等故障，变压器局部严重过热，电容器、电缆等设备过热，绝缘部分老化、变质，设备寿命缩减，直至最终损坏；三是谐波会引起电网谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统构成重大威胁，特别是对电容器和与之串联的电抗器，电网谐振常会使之烧毁；四是谐波会导致继电保护和自动装置误动作，造成不必要的供电中断和损失；五是谐波会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给供电部门或电力用户带来直接的经济损失；六是谐波会对设备附近的通信系统产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量；重则导致信息丢失，使通信系统无法正常工作；七是谐波会干扰计算机系统等电子设备的正常工作，造成数据丢失或死机；八是谐波会影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能，造成噪声干扰和图像紊乱。
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4.2谐波对配网的危害
谐波电流使变压器的铜耗增加，使绕组过热，使变压器附加损耗增加；谐波电流使电网网损增加；谐波电压、电流放大会引起继电保护装置误动甚至损坏；影响继电保护和自动装置的正确性；影响计量装置的准确性。
5谐波检测
5.1谐波检测注意事项
因谐波的多样性和随机性，在实际工作中，要精确评估谐波量值非常困难，推荐采用数理统计的方法对谐波进行测量。谐波源定位，一般采用功率方向法和瞬时负荷参数分割法。而谐波模型分析的方法一般有三种：非线性时域仿真、非线性和线性频率分析。
5.2谐波的检测方法
小波变换已广泛应用于信号分析、语音识别与合成、自动控制、图象处理与分析等领域。电力谐波是由各种频率成分合成的、随机的、出现和消失都非常突然的信号，在应用离散傅立叶变换进行处理受到局限的情况下，可充分发挥小波变换的优势。即对谐波采样离散后，利用小波变换对数字信号进行处理，从而实现对谐波的精确测定。对于检测高频信息，时窗变窄，可对信号的高频分量做细致的观测；对于分析低频信息，这时时窗自动变宽，可对信号的低频分量做概貌分析。所以小波变换具有自动“调焦”性。其次，小波变换是按频带而不是按频点的方式处理频域信息，因此信号频率的微小波动不会对处理产生很大的影响，并不要求对信号进行整周期采样。另外，由小波变换的时间局部可知，在信号的局部发生波动时，不会象傅立叶变换那样把影响扩散到整个频谱，而只改变当时一小段时间的频谱分布，因此，采用小波变换可以跟踪时变和暂态信号。
6谐波的治理
6.1电力系统谐波治理
6.1.1增加整流变压器二次侧整流的相数
对于带有整流元件的设备，尽量增加整流的相数或脉动数，可以较好地消除低次特征谐波，该措施可减少谐波源产生的谐波含量，一般在工程设计中予以考虑。不过，这种方法虽然在理论上可以实现，但是在实际应用中的投资过大，在技术上对消除谐波并不十分有效，该方法多用于大容量的整流装置负载。
6.1.2整流变压器采用Y/ 或 /Y接线
该方法可抑制3的倍数次的高次谐波，以整流变压器采用 /Y接线形式为例说明其原理，当高次谐波电流从晶闸管反串到变压器副边绕组内时，其中3的倍数次高次谐波电流无路可通，所以自然就被抑制而不存在。这种接线形式的优点是可以自然消除3的整数倍次的谐波，是抑制高次谐波的最基本方法，该方法也多用于大容量的整流装置负载。
6.1.3尽量选用高功率因数的整流器
采用整流器的多重化来减少谐波是一种传统方法，用该方法构成的整流器还不足以称之为高功率因数整流器。高功率因数整流器是一种通过对整流器本身进行改造，使其尽量不产生谐波，其电流和电压同相位的组合装置，这种整流器可以被称为单位功率因数变流器（UPFC）。
6.1.4整流电路的多重化
整流电路的多重化，即将多个方波叠加，以消除次数较低的谐波，从而得到接近正弦波的阶梯波。重数越多，波形越接近正弦波，但其电路也越复杂，因此该方法一般只用于大容量场合。
6.2配电网谐波治理的对策
6.2.1加强标准和相应规范的宣传和贯彻
加强标准和相应规范的宣传贯彻。IEC6100以及国标GB/T14549-1993，对于谐波定义、测量等进行了宣传，明确谐波治理是一项互惠互利、节能增效，是保证电网和设备安全稳定运行的举措。
6.2.2主管部门对所辖电网进行分析测量
主管部门对所辖电网进行系统分析，正确测量，以确定谐波源位置和产生的原因，为谐波治理准备充分的原始材料；在谐波产生起伏较大的地方，可设置长期观察点，收集可靠的数据。
6.2.3采取相应的隔离、补偿和减小措施
针对谐波的产生和传播的特点，采取相应的隔离、补偿和减小措施。在配电网中，主要存在的是三次谐波污染，可以在谐波检测的基础上，通过适当加装滤波设备来减小谐波注入电网。对于各种电气设备的设计者，在设计初始，就要考虑其设备的谐波污染度，将谐波限制在标准允许的范围内。
6.2.4“谁干扰，谁污染，谁治理”原则
认真做好业扩、报装接电的审查工作。抑制用电设备谐波分量的产生，新的非线形负荷接入电网前后要进行现场测试，检查谐波是否符合规定，对谐波超标的客户需落实好整改措施，按“谁干扰、谁污染、谁治理”的原则，进行谐波治理。
6.2.5加强管理，多方出资，共同治理
加强管理，多方出资，共同治理。谐波的治理，需要大量的投资，不能仅仅靠供电部门，要调动电力供需环节中的各个方面，在分清谐波来源基础上，走共同治理之路。
论文作者:刘亚坤
论文发表刊物:《电力设备》2017年第5期
论文发表时间:2017/5/26
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