摘要：本文通过对变电站的高次谐波超标的情况进行分析，重点研究变电站谐波治理问题，提出解决方案和技术措施。应用 MATLAB/SIMULINK软件平台建立仿真模型，对各类的控制方式以及策略进行仿真与分析，验证混合型滤波系统的滤波效果。
关键词：高次谐波、滤波器、SIMULINK
1电网谐波状况及危害
在理想的电力供应系统中，电压以及电流的波形都应该是工频正弦波，但是由于系统中的谐波源，如变压器、旋转电机、各类整流设备、交直流换流设备、电弧炉、电压电流调整设备、感应炉等谐波源的存在，波形会有一定程度的畸变。
畸变程度常用正弦波形畸变率（THD）表示，简称畸变率。
电力系统中出现的谐波电压及谐波电力电流是对系统的污染，影响着系统的安全稳定性和供电可靠性。谐波对系统的危害主要有以下几个方面：一是消耗系统的无功功率储备；二是使系统中的原件产生附加损耗，降低电力设备的效率，缩短电力设备的使用寿命；三是因串联谐振及并联谐振造成谐波水平放大；四是对继电保护、自动控制装置和计算机产生干扰和造成误动；影响测量装置的准确性，造成计量误差；五是干扰相邻通信线路以及铁道号线路的正常工作。
2谐波的分析指标
2.1 总谐波畸变率
电力系统中的波形畸变率程度，通常用其总畸变率表示，是衡量电能质量的一个重要指标。各次谐波含有率的平方和的平方根表示为总谐波畸变率（THD）。其中可以分为电压的总谐波畸变率（THDU）以及电流的总谐波畸变率（THDI）。电压总谐波畸变率：
（式1-1）
式中为基波电压的均方根值，为第h次谐波电压的均方根值。很多国家规定低压供电系统的电压畸变率不超过5%，常将符合该标准的工业供电的电压波形近似认为实际上的正弦波形。
电流总谐波畸变率：
（式1-2）
总谐波畸变率（THD ）是一个非常有用的指标。当畸变电压加在阻性负荷上时，可以很好的表示出附加的发热。同时，由此可知道导体电流引起的附加损耗。但同时，它不能很好的表示电容的电压应力。电压应力与电压峰值有关，与发热无关。
2.2 谐波含有率
为了监测系统中的谐波情况及采取抑制措施，往往要给出电压或者电流畸变波形含有的某次谐波的含有率。
电压畸变波形的第h次的谐波电压含有率为第h 次谐波电压方均根值和基波电压方均根值之比的百分值：
（式1-3）
电流畸变波形的第h 次的谐波电流含有率为第h 次谐波电流方均根值和基波电流方均根值之比的百分值：
（式1-4）
3 谐波治理措施
在电力系统中,谐波治理就是尽量减少或者消除流入电力系统中的谐波电流，从而使谐波电压控制在限制范围内。为了解决电力系统中的电力电子设备以及其他谐波源的谐波污染问题，基本思路有两种：一种是在系统中装设谐波补偿设备来补偿谐波，也称为被动治理；另一种是从谐波源本身出发，对电力电子装置自身进行改造，使之不产生谐波，且功率因数可控制为1，也称为主动治理。
对于第一种治理谐波的思路，可采用以下方法：
（1）采用多重化技术，将多个变流器联合起来一起使用，采用多重化技术将多个方波叠加起来率除低次谐波，该装置技术比较复杂，成本高；
（2）采用脉宽调制（PWM）技术。采用脉宽调制（PWM）技术，使得变流器所产生的各次谐波频率较高以及幅值较小，使波形接近正弦波，该方法只适合用于自关断器件构成的变流器；
（3）使用高功率因数变流器。采用矩阵式变频器和四象限变流器等设备使得变流器所产生的谐波较少，而且功率因数接近于1；
（4）增加变流设备的相数或者脉冲数。改造变流设备或者利用相互间有一定移相角的环流变压器，可以有效降低谐波的含量，但是会使装置变得更加的复杂。
对于第二种治理谐波的思路，可采用以下方法：
在系统中装设电力滤波器来抑制谐波。
在电力系统中装设无源电力滤波器（PPF-power passive filter）是谐波补偿的传统方法，即在谐波源的附近装设若干单调谐滤波支路以及高通滤波支路。PPF的优点有：方便简单、经济、易于维护，因此在系统中得到广泛的应用。但同时PPF也存在着以下的缺点：PPF只能补偿某些特定频率的谐波，而且滤波的特性容易受到系统电网阻抗以及运行状态的影响，而且容易和系统发生谐振现象。
在电力系统中装设有源电力滤波器（APF-Active Power Filter）是治理谐波的一种有效措施。能够动态抑制谐波和对系统提供无功补偿。APF的优点有：具有较高的可控性、快速的响应性以及可跟踪补偿各次谐波和无功。缺点是经济性差。
混合型有源电力滤波器（HAPF-Hybrid Active Power Filter）是将PPF和APF联合使用,绝大多数的滤波工作由PPF承担，APF只需补偿PPF未能补偿的谐波。因此，可以减小APF的相对容量，从而减少初期投资，同时使系统具有很好的滤波性能。所以HAPF拥具有很广阔的应用前景，是目前电力系统中谐波治理以及无功补偿一体化工作的发展方向。
4MATLAB仿真
借助于MATLAB进行仿真，建立模型系统侧等效为10KV理想电压源，电源频率为f=50Hz，非线性负荷为三相桥式整流电路，直流侧负载取0.5H，R=70Ω，有以下模型：
论文作者:何山
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/13
标签：谐波论文; 畸变论文; 电压论文; 波形论文; 电流论文; 变流器论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第30期论文;