摘要：新能源的不断发展，各种电能质量与配电网安全运行已成为电力工作者关心的一个话题，特别是配电网安全运行提出了更高的要求，新的风能和太阳能能源的接入与高速铁路等特殊用户的大量出理，对于的谐波的影响也得到了威胁，进而对配电网电能质量和三相不平衡的安全运行也受到了挑战。本项目提出了配电网的谐波治理和三相不平衡的方法，通过现场的实施，有效地治理配电网谐波进行分析。
关键词：谐波治理；无功补偿；SVG
1、概述
大量的电铁和新能源电能投入、充电桩负载的接入影响电网的电压快速跌落、闪变、谐波、过电压、不平衡等问题日增突出，只有更好地处理好这些问题，才能打造能源互联互网。国家标准GB1232早就规定在公共供电点的电压波动允许值等电能质量的相关要求规定，说明了电能质量的重要性。造成的不利的电能质量对电网的安全，从配电网电能质量治理，主要是谐波，也就中电流中所含有的频率为基波的整数倍电量。通常谐波产生三个方面，一是发电源质量不高产生谐波、二是输配电系统产生谐波、三是用电设备产生谐波。
1、配电网谐波的危害
配电网电网电压的波动、跌落、骤升、不平衡、谐波等除了影响电能质量敏感负荷正常工作外，还会有一下几项危害：
（1）使电网中的元件产生附加损耗，降低配电网内的所有输变电以及用电设备的效率和使用寿命；
（2）导致配电网继电保护和自动装置的误动作，并可能使电器测量仪表计量与功率不稳定；
（3）可能会使某些设备产生机械性振动、噪声和过电压、过热问题；
（3）谐波使配电设备过热、绝缘老化、可靠性降低、寿命短，甚至损坏；严重时引直流电源失去电源，殃及电网安全。
（4）谐波还会导致局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，进而增加了谐波的危害性，有时会引起严重的事故；高次谐波还会对临近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声、降低通信质量。
2、配电网谐波治理的实际应用与研究
实际工程应用中，考虑到基波无功在所有无功损耗中的绝对比重，为了降低开关频率，提高体统容量，可以采用主要补偿基波无功的方式。理论上认为，无功功率的补偿包括对基波无功功率的补偿和对谐波无功功率的补偿。因此在设计允许的范围内，应该把除基波有功分量以外的所有谐波和基波无功都补偿掉。
2.1研究配电网现场三相不平衡与谐波的治理作用
通过配电网现场三相不平衡与谐波的治理：是指在电力系统中三相电流（或电压）幅值不一致，另外相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率和无功功率，且幅值差超过规定范围。解决高次谐波使电网的电压与电流波形发生畸变，另外相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率和无功功率，从而降低配电网的电压快速跌落、闪变、谐波、过电压，同时基本是由于各相电源所加的负荷不均衡所致，属于基波负荷配置问题。《电能质量三相电压允许不平衡度》（GB/T15543-1995）适用于交流额定频率为50赫兹。在电力系统正常运行方式下，由于负序分量而引起的PCC点连接点的电压不平衡。该标准规定：电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为25%，短时间不得超过4%。
2.2研究解决影响配电电能的质量
解决高次谐波使电网的电压与电流波形发生畸变，另外相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率和无功功率，从而降低配电网的电压快速跌落、闪变、谐波、过电压、不平衡等问题。通过现场装置的安装尽量合理地分配负荷之外几乎没有什么行之有效的解决办法。电网中的不平衡电流会增加线路及变压器的铜损，还会增加变压器的铁损，降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行，最终会造成三相电压的不平衡。调整不平衡电流无功补偿装置，有效地解决了这个难题，该装置具有在补偿系统无功的同时调整不平衡有功电流的作用。其理论结果可使三相功率因数均补偿至 1，三相电流调整至平衡。实际应用表明，可使三相功率因数补偿到 0.95 以上，使不平衡电流调整到变压器额定电流的 10％以内。根据 wangs 定理（王氏定理），在相间跨接的电容可以在相间转移有功电流。调整不平衡电流无功补偿装置就是利用 wangs 定理来进行设计的，在各相与相之间以及各相与零线之间恰当地接入不同数量的电容器，不但可以使各相都得到良好的补偿，而且可以自动调整不平衡。
3研究开发一款简单易操作的人机交互系统
基于控制与监控系统为一体实现相关功能：
（1）系统参数监控：交流电压、网侧电流、输出电流、APF直流电压、补偿后电流畸变率，各次谐波含量分析等。
（2）系统故障监控：过压、过流、欠压等故障报警。
（3）系统操作：治理设备启动、设备停止、设备复位、自动补偿模式、手动补偿模式、设备组态等。
3.4通过技术手段开展研究治理效果评估及系统可靠性评估
（1）谐波治理装置完全自主研发可根据不同的工业现场定制性和针对性设计的有源电力滤波器的能力。
（2）使用了先进的可以克服电网电压畸变数字锁相技术。
（3）采用外扩的32位高精度AD采用芯片，采用速度快，精度高。
（4）采用了快速的指定次谐波提取算法，具有指定次谐波补偿的特点。补偿效果好，并可以避免系统谐振，可靠性高。
（5）调制采用目前最先进的电压空间矢量（SVPWM）技术.
4、治理效果评估及系统可靠性评估
产品完全自主研发可根据不同的工业现场定制性和针对性设计的有源电力滤波器的能力。
使用了先进的可以克服电网电压畸变数字锁相技术。
3）采用外扩的32位高精度AD采用芯片，采用速度快，精度高。
4）采用了快速的指定次谐波提取算法，具有指定次谐波补偿的特点。补偿效果好，并可以避免系统谐振，可靠性高。
5）调制采用目前最先进的电压空间矢量（SVPWM）技术.
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图1，现场电流与谐波采样
所开发的装置 要求达到全天候处理，实时转换负载 调节，SVG的动作是瞬时的，而在某一段时间内其收发电流的有效值却是平衡治理，因此可以将其动作的结果理解为分流作用，使得系统三相电流的有效值达到一个平衡和稳定状态。
当系统三相电流都偏离平衡点时，补偿原理与以上所述的两相偏离平衡点的状况类似。其根本原则就是将某相多出来的电流存储到SVG母线电容中，然后从母线电容取出电流补偿需要补偿的某相。
由于SVG治理面向的对象是电流且实时采集，使得无论负载分布如何、用电时间不一致，只要实时检测的三相电流因负载变化导致不平衡，SVG都能快速动作平衡电流。这就解决了的客观局限性。而且相比“电感与电容组合调整”这类治理方式，SVG治理安全谐波具有安装更简便、无需前期繁琐的计算、接入方法的堪忧，能即装即治。
5、模块外形及安装尺寸
5.1制作成的治理模块具体外形尺寸请见下图，其中下图为机架式外形尺寸图。
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图2，外形尺寸图（大致）
5.2与配电网 安装接口
SVG模块需要连接三相功率线缆、N线缆、PE线、外部CT线缆进行配线和安装，总体框图详见下图。
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图3，现场接口示意图
无论多大容量机型，配电功率及信号接口均为一致，如下图所示；进线端有功率输入端子和CT输入接线端子。输入端子与配电网 电屏相接。
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图4：输入功率端子及信号接口分布图
外部的功率接线端有四个，具体位置请见下图所示配电接口。
UA – A相输入端
UB –B相输入端
UC –C相输入端
UN – 中线输入端
UN – 中线输入端
PE接地点，通过内部板卡连接外壳接地，需要接地
4.3.3安装要求与效能
针对电力系统配电网的电能质量问题进行治理，实现三相功率平衡和谐波治理、消除零线电流、补偿无功、提高功率因数，降低线路损耗提高供电的可靠性以及用电安全。通过外部互感器CT，实时检测电网电流或者负载电流装置各种状态的信息和数据，控制器通过快速傅里叶变换提取出负载的基波电流、各次谐波电流，通过旋转坐标得到有功、无功、负序等数据，并将此数据信息发送给内部控制器进行处理分析，而一旦判别出其中一相电流与其它两相电流的不平衡，然后通过IGBT功率变换器产生与补偿目标（谐波、无功、不平衡）大小相等相位相反的补偿电流注入电网，将不平衡电流从电流大的相转移到电流小的相，最后达到三相平衡状态，治理了三相电流不平衡，相电压偏低和补偿无功，优化电能质量实现对电网侧的电能质量改善功能。见下图。
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图5：治理的效能原理
作者简介：
叶民康，专业从事于电力运行管理，电安全管理，电力设备试验、变电运行检修等工作，现就职于国网浙江省电力公司文成供电有限责任公司。
论文作者:叶明康,金宏杰
论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期
论文发表时间:2020/3/3
标签：谐波论文; 电流论文; 不平衡论文; 电压论文; 电能论文; 功率论文; 基波论文; 《电力设备》2019年第20期论文;