摘要：随着科学技术的不断进步，在电力系统中大功率整流装置及调压设备的应用、大量非线性负荷的诞生以及供电系统本身存在的非线性元件等使得电力系统中的电压波形畸变越来越严重，对电力系统造成了很大的危害和影响。因此，要实现对电网谐波的综合治理，必须了解谐波的分布情况，来采取相应的措施消除谐波，进而改变供电系统供电良好和确保系统的安全运行。
关键词：谐波；影响；治理；电力系统
引言：
随着电力系统的飞速发展以及电力市场的开放，非线性负荷（如电弧炉、发电机、整流器等）被大规模用到生产、生活中，在电网工作过程中，各级电网掺入了许多一些谐波被参入到了各级的电网中，造成了严重的后果，比方说使电网电流发生了畸变从而影响了整个电力系统，使得电能的质量得不到很好的保证，对整个电力系统的安全稳定运转也造成了一定的威胁。因此，对电力系统的谐波问题进行一定的研究分析，并采取相应的措施来解决问题，是电力工作部门必须重点关注的内容。
1谐波的定义
通过借助傅里叶级数对周期性的非正弦电量的分解，除了能获得与电网基波频率相等的分量外，还能够获取超过电网基波频率的分量，这部分超过的分量，我们称之为谐波。谐波的频率指的是其与基波频率的币值m（m=fm/f1），称为谐波次数[1]。谐波频率是基频的整数倍，比方说，50Hz的基波频率，其2次谐波为100Hz，以此类推，畸变的电流也以此为计量标准，可以为2次谐波、3次谐波甚至更多。谐波实际上就是一种起干扰作用的电流，对电网会产生一定的削弱力量。
2谐波的产生
谐波产生的首要原因是非线性负载的使用。虽然希望电力系统输出的是标准正弦波的电流和电压，但当正弦波电流流过非线性负载进行输配电，电流与电压呈非线性不相关关系，系统中就会产生大量的非正弦电流，进而产生谐波。因此电网在给这些非线性负载供电时就别无选择地要流过谐波电流，从而对被谐波流经的设备造成严重影响。在电力系统中称这种会产生谐波的非线性元件为谐波源，其工作波形为非正弦波。有的是将直流电源转换成方波，如变频器等。这些设备在电力系统上工作时，导致电力系统的基波发生畸变。然而线性阻抗设备的工作原理常常是依靠感抗涡流或者是容性电离来实现的，如中频感应炉、电弧炉等，这些用电设备在工作时，会出现大规模的不规则波、脉冲尖等[2]，这些不规则波以及脉冲会对电力系统的基波产生影响，使其发生畸变，从而生成谐波污染。其谐波的来源有四类：（1）含电弧和铁磁非线性设备的谐波源。在钢铁企业，电弧炉形成的谐波占此类谐波的比重较大。电弧的伏安特性具有高度的非线性，以及电弧的长度受电磁力、对流气流、电极移动、炉料在熔化过程中的崩落和滑动的影响，电弧电流的变化很不规则，从而出现一系列的谐波，成为主要的谐波源。（2）整流和换流电子器件所形成的谐波源。电力电子中的晶闸管整流和换流技术在工业企业中广泛应用，成为产生谐波的主要来源，包括用作高压直流输电的大容量整流和逆变装置，工业生产中大量使用的变频器、晶闸管整流电源，以及铁路电气化中机车使用的交流单相整流供电电源。（3）各种家用电器的谐波含量。家用电器中部分电器带有非线性元件，诸如荧光灯、稳压电源、电视机等，虽然单个容量小，但是数量多分布广，在电力网负荷中占有相当的比重，谐波的影响应受到重视。（4）电力电容器及其附加串联电抗器对高次谐波的放大。电力系统中无功补偿电容器配置不当时，将会放大电力网中的谐波，对配电网中的高次谐波含量造成较大的影响。
3谐波的影响
谐波会产生高次的谐波电流，如果将其接入到公用电网中就会在电网的抗阻上产生相应的高次谐波电压降，从而导致正弦波电压产生畸变[3]。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆将畸变的电压作用在线路上，就会导致高次谐波电流流入线性用电的负载，谐波污染就会因此被传播。谐波污染对公用电网产生的危害主要有：（1）谐波电流的产生会在一定程度上加大用电线路以及电力设备的额外损耗，通过大量的发热使其使用寿命变短，同时还会增加用电线路以及电力设备工作时所产生的噪音；（2）会对异步电动机的转矩曲线产生直接的影响，使其出现严重的畸变，对其做工造成严重的阻碍，不能充分发挥其功效；（3）一些几次较低的谐波往往不能够满足换流装置的工作需求；（4）谐波电流通常会对电流、变压装置以及自动控制装置进行干扰，使其脱离原来的工作轨迹；（5）较大的电网谐波比例会对消弧线圈的灭弧作用产生影响，使其灭弧作用不能正常发挥，导致单相重合闸失败或者加长了自动重合闸时间；（6）影响电能计量的准确性；（7）谐波引起谐振；（8）损害电容器。这主要对电力系统中的谐波对并联补偿电容器的影响最大，主要是因为加大了介质损耗，导致电容器大量放热，从而使其遭受损害，有的会促使介质内部局部放电现象产生，损害到电容器[4]。
4谐波的治理策略
在电力谐波的抑制或者减缓两方面，通常采用的措施有预防性以及补偿性两种。其中，预防性的措施又包括两种：一是从供电设备的源头解决问题，即在其设计、制造以及配置方面入手，实行减少谐波的方法；二是从谐波的来源来控制谐波的产生，主要通过调整整流器的脉动数或采用可控整流来实现。补偿措施主要应用的方法是：改变馈线参数以及采用滤波器。下面分别从这两个方面来介绍较少或者抑制谐波的具体措施：（1）在电压器的连接上选用绕组的接法可以达到减小某些次数谐波的目的，比方说选择三角接法或星形接法来连接三相整流变压器就可以很好的实现抑制高次谐波的目的；（2）增加整流装置的脉动数。作为谐波产生的最主要的源头整流装置，可以利用谐波电流次数与脉动数n存在的关系，公式表示为：，k=mn±1（m=1，2，3，..）。从中我们可以看出谐波次数与脉动数存在正比例的关系，然而我们知道谐波次数与谐波电流成反比的关系，我们就可以利用增加脉动数的方法来减少谐波电流；（3）脉宽调制法。目前，该项技术主要运用在整流装置上，这种工作方式的整流器已不仅仅作用于整流，也可应用于有源逆变，将直流电能回馈给交流系统[5]。采用脉宽调制技术，在所需的频率周期范围，将直流电压调制成等幅不等宽的一系列交流电压脉冲可以有效抑制谐波。这种工作方式能起到很好的整流作用外，还能进行有源逆变，借助脉宽调制技术，将直流电压作用为一系列等幅不等宽的交流电压的脉冲，这样能起到很好的作用；（4）采用滤波器。在谐波的产生源头安装滤波装置是我国目前主要运用的减少谐波的有效办法。目前可供选择的滤波器主要有无源滤波、有源滤波以及混合型滤波三种；（5）恰当选择并联电容器组中串联电抗器的参数。将串联电抗器接在电容其中可以很好的起到减少谐波电流对其损耗以及电网谐波污染的作用，联的电抗器能够根据不同的谐波强度来确定选择不同比例的电抗值。
结束语：
严重的谐波不仅仅会对供部门的电压产生严重的畸变作用，还会对电力生产设备的安全稳定运作构成一定的威胁，提高了电网损耗，干扰了继电保护器的正确动作，使电力部门蒙受一定的经济损失。电力系统中电能质量的不断下降与用户对高质量的电能需求形成了巨大的现实差距，电网谐波污染引起了电力部门的广泛关注，然而电力系统谐波的监测、控制以及抑制也成为了电力系统目前研究的重要领域。
参考文献：
[1]冯彬华.浅谈电力系统谐波的影响与治理[J].中国高新技术企业,2017(12):153-155.
[2]付明立.浅谈配电系统中的谐波治理设计[J].电子世界,2017(4):140-141.
[3]梁远.电解铝厂供电系统谐波分析及治理[J].大科技,2017(4).
[4]张宇,尹士明.矿区高压供电系统谐波治理方法研究[J].工程建设与设计,2017(8):59-60.
[5]张生龙.浅析供电系统中谐波产生的危害及防范策略[J].中国新技术新产品,2017(8):70-72.
论文作者:赵静,贺娟,于春英,刘英,程文
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/9
标签：谐波论文; 电力系统论文; 电流论文; 电网论文; 畸变论文; 电压论文; 基波论文; 《电力设备》2017年第36期论文;