陈瑞 王榛
中国海诚工程科技股份有限公司 200031
摘要：随着科学技术和国民经济的发展，电能的需求量也极大的增大，同时电能质量也越来越显示出他的重要性，电力部门和用户对电能质量的关注也日益增加，尤其随着信息技术的飞速发展，一方面，用电负荷日趋复杂化和多样化，如半导体整流和逆变装置以及变频调速装置等电力电子设备的应用，这些具有非线性，谐波丰富，冲击性和不平衡特征的负荷会影响到供电电网，给电能质量提出了新的问题。另一方面，用户对供电可靠性的要求越来越高，众多基于计算机，微处理器控制的精密电子和电力电子装置在电力系统大量使用，对供电质量的敏感程度越来越高，尤其是对供电系统的暂态性能，也提出了要求。
关键词：谐波危害；治理；应用
供电系统中的谐波危害主要表现在以下几个方面：
1．对高、低压用电设备的影响
增加设备的附加损耗，使设备过热，并降低其效率和利用率。由于谐波电流的频率为基波频率的整数倍，高频电流流过导体时，因集肤效应的作用，使导体对谐波电流的有效电阻增加，从而增加了设备的功率损耗、电能损耗，使导体的发热严重。
2．对继电保护和自动装置的影响
对于电磁式继电器来说，电力谐波常会引起继电保护以及自动装置的误动作或拒动，造成整个保护系统的可靠性降低，容易引起系统故障或使系统故障扩大。
3．对电力测量、计量仪器准确性的影响
当谐波较大时，谐波对电能计量和测量仪表会产生干扰，产生误差，导致测量不准确、计量混乱。
4．对通信系统的干扰
在电力线路上流过幅度较大的奇次低频谐波电流时，通过电磁耦合,会在邻近电力线路的通信线路中产生干扰电压。干扰通信线路的正常工作，使通话清晰度降低,甚至会引起通信线路的破坏。
下面就以一个工程为例，介绍下常用的处理谐波的方法。
此工程为一实验楼，其中某些末端设备谐波电压要求在+-5%左右。
为了减少投资，所有有谐波电压要求的末端设备由一台2500KVA的变压器供电；此变压器中，含变频器的负载：~1800kW (考虑同时系数0.8，cosΦ=0.92)，其他线性负载：~1400kW (cosΦ=0.7)。
在工程中，我们对谐波进行滤波处理，一般选用的是无源滤波器或有源滤波器。
有源电力滤波器，是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。无源滤波器是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波。
以此工程为例，我们设计了两种方案进行比较：
（1）选用无源滤波装置，由于谐波对设备的影响主要为在低次谐波，因而针对低次谐波进行滤波。
采用无源滤波的方案和配置：
无源滤波需要配置3台柜，主要消除5、7、11 次谐波，同时可输出无功功率520kvar；
目标功率因数0.97；
（2）采用有源滤波的方案和配置：
有源滤波总容量300A，需要配置1 台柜；
带电抗的补偿600kvar~800 kvar，需要配置2 台柜；
目标功率因数0.98；
我们通过仿真这两种方案滤波后所得的结果。
对于电压谐波畸变率来说：
（1）选用无源滤波装置
（2）选用有源滤波装置
以上效果都满足：单次谐波电压畸变率不超过4%，总谐波电压畸变率不超过5%；
但是有源滤波效果更好，这可以从以下剩余谐波电流看出来。
（2）选用有源滤波装置
由以上分析可得出结论：采用有源滤波和无源滤波达到了类似的滤波效果和目标功率因数，但是有源滤波效果更好；特别是有源滤波不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，且滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险。而无源滤波只能对特定的谐波次数进行有效的滤波，具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，即具有高度可控性和快速响应性等特点；而无源滤波器由于滤波器特性受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用，甚至谐振现象等。但考虑到其他方面，如维护性、价格等等；特别是性价比的问题，现在有源滤波的价格还比较昂贵，同样一套达到滤波要求的设备，总成本比无源滤波增加约40%-50%以上；而这对投资方来说也是很重要的方面；因而，除了一些特别精密昂贵的设备，一般投资方还是会选用性价比更高的无源滤波器。
但随着电力电子技术的发展，有源滤波器的性能会不断提高，而价格也会达到一个更低的水平，维护也会更为便利，这时有源滤波器将会取代无源滤波器。
最近还出现了一个新的名词，系统化综合补偿技术。
当然，这种技术还在实验阶段，但随着电力电子与信息技术在社会各个领域的渗透应用，一些新型电力负荷对电能质量的要求不断提高，同时也会不断有各种新的电力电子技术被运用的电能质量的治理上来。在不久的将来，随着新技术的发展，电能质量一定能够更上一个台阶。
参考文献：
[1]《电能质量》作者：程浩忠等
[2]《电力前沿技术----电能质量柔性控制装置》作者：吕强
[3]《低压配电系统产生谐波的原因及其抑制方法》作者：金英立
[4]《电能质量 公用电网谐波》 GB/T 14549-1993
作者简介
陈瑞（1983.09.30），性别：男；籍贯：浙江诸暨；民族：汉；学历：本科、学士；职称：高级工程师；职务：电气工程设计；研究方向：配电。
王榛（1982.7.23），性别：男；籍贯：浙江宁波；民族：汉；学历：本科、学士；职称：高级工程师；职务：强弱电工程设计；研究方向：配电。
论文作者:陈瑞,王榛
论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/10
标签：谐波论文; 无源论文; 电能论文; 滤波器论文; 装置论文; 电力论文; 质量论文; 《防护工程》2018年第21期论文;