成連明

（國網(wǎng)江蘇省電力公司漣水縣供電公司，江蘇 淮安 223400）

諧波治理設(shè)備在供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

成連明

（國網(wǎng)江蘇省電力公司漣水縣供電公司，江蘇 淮安 223400）

隨著電力電子技術(shù)的不斷開發(fā)，各類電子裝置在電力系統(tǒng)、交通等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，同時，也極大地增加了電網(wǎng)中的非線性負荷，對電力系統(tǒng)運行產(chǎn)生了負面影響，其中危害最大的當屬諧波污染。將諧波治理設(shè)備應(yīng)用到供配電系統(tǒng)當中，能夠有效抑制諧波，提高功率因素，從而為供電系統(tǒng)安全運行提供保障。本文從諧波污染對電網(wǎng)構(gòu)成的危害入手，分析當前諧波治理設(shè)備在供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，最后結(jié)合實例驗證有源濾波器的應(yīng)用效果。

諧波治理設(shè)備；供配電系統(tǒng)；有源濾波器

近年來，經(jīng)濟快速發(fā)展背景下，越來越多的電源設(shè)備、變頻設(shè)備等在實踐中得到了廣泛應(yīng)用，雖然提高了生產(chǎn)質(zhì)量和效率，但這些設(shè)備在運行時會產(chǎn)生諧波電流，對供電系統(tǒng)、周圍設(shè)備等都會產(chǎn)生負面影響，造成電壓、電流波形嚴重失真現(xiàn)象的出現(xiàn)。諧波污染會降低各類用電設(shè)備使用效率。為了提高電能質(zhì)量，積極引入有源電力濾波器等設(shè)備，實現(xiàn)對供配電系統(tǒng)的動態(tài)補償。

1 諧波污染危害

諧波源于整流電路設(shè)備，是電網(wǎng)規(guī)模發(fā)展和擴大的必然結(jié)果。工業(yè)上諧波源主要涉及電力電子裝置，如晶閘管可控開關(guān)設(shè)備、中高頻感應(yīng)爐等。從特點與性質(zhì)角度來看，諧波具有間諧波、波動諧波及穩(wěn)態(tài)諧波等類型，由于它們具有多態(tài)性、不確定性，務(wù)必要在現(xiàn)實生活中對其予以觀察，總結(jié)它們的規(guī)律，才能夠確定出諧波屬性，實現(xiàn)針對性治理。一旦產(chǎn)生諧波，會對電網(wǎng)運行產(chǎn)生負面影響，降低電網(wǎng)供電質(zhì)量，如影響斷路器、補償及用電設(shè)備等運行效果。具體如下。

其一，增加公用電網(wǎng)額外損耗，降低輸配電設(shè)備運行效率。導致電容器、變壓器及其他感性設(shè)備等出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，長期在上述狀態(tài)中運行，勢必會縮短設(shè)備使用壽命，諧波引起的諧振會使電氣設(shè)備及電纜線路出現(xiàn)絕緣老化和擊穿現(xiàn)象。

其二，引起電能計量紊亂。供電系統(tǒng)中的大量高次諧波電流，會嚴重干擾電能計量裝置的計量精度，使計量準確度大打折扣。同時，也會損壞電能計量裝置，并可能引起中線過載，發(fā)熱引發(fā)火災(zāi)事故。

其三，諧波的產(chǎn)生。除了對供配電系統(tǒng)產(chǎn)生影響，還會影響到通信及信息系統(tǒng)運行，通信質(zhì)量大打折扣，嚴重情況下，還會造成信息丟失，工控系統(tǒng)難以發(fā)揮有效作用，可見諧波的危害不容忽視，加強對諧波治理是實現(xiàn)供配電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重中之重。

2 諧波治理設(shè)備在供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

一般情況下，諧波常出現(xiàn)在10kV及以下電壓等級的供配電系統(tǒng)中。針對諧波治理，可以從預防和治理2個角度入手，前者從源頭入手，避免諧波的產(chǎn)生，通過改進設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，抑制諧波的形成；后者可以改變系統(tǒng)饋線參數(shù)、或者安裝諧波治理裝置，進行諧波補償。具體主要從以下幾方面入手。

2.1 整流設(shè)備

整流設(shè)備產(chǎn)生諧波與脈動數(shù)存在密切聯(lián)系，二者呈正相關(guān)關(guān)系。諧波次數(shù)越大，諧波電流越小。因此，在實踐中，要提高整流設(shè)備脈動數(shù)，以此來抑制諧波的產(chǎn)生。但整流設(shè)備脈動數(shù)量的增加，需要提高裝置的配置。通常情況下，百kVA以上的大功率整流裝置，要采用12、24脈整流。而小功率可以引入脈寬調(diào)制技術(shù)，使整流器輸入電流接近正弦波，并且電流和電壓同相位，從而消除大部分低次諧波，控制諧波分量在合理范圍內(nèi)。

2.2 供電設(shè)備

針對供配電系統(tǒng)來說，可以改變變壓器繞組，減少諧波現(xiàn)象的產(chǎn)生。如三角形連接變壓器，能夠消除3次及其倍數(shù)的諧波。發(fā)電機在運行時，能夠提供與標準相符的電能，從源頭上消除和減少諧波電動勢?；蛘呓柚切瓦B接方式，能夠避免3次及倍數(shù)諧波。要想提高諧波治理效果，要切實考慮實際情況，明確諧波類型與性質(zhì)，做到具體諧波具體對待，確保連接方式具有針對性。

2.3 無源電力濾波器

無源電力濾波器（PPF），是按照一定拓撲結(jié)構(gòu)，將電感與電容元件連接到一起，再結(jié)合參數(shù)配置而成，以此來濾除某次諧波。在實踐應(yīng)用中，其濾波特性由配電系統(tǒng)、裝置阻抗比來決定，且結(jié)構(gòu)簡單，能夠為日后維護提供便利。但在應(yīng)用中，需要注意如下幾個問題，一是PPF只能夠濾除最初設(shè)定的諧波成份，缺乏靈活性，無法協(xié)調(diào)濾波、調(diào)壓及無功補償之間的關(guān)系，甚至可能對部分諧波構(gòu)成放大影響，與預期目標背道而馳。如若遇到成分復雜的諧波，需要對其進行具體處理，才能夠提高濾除效果。二是系統(tǒng)運行情況復雜化，直接導致濾波效果也隨之發(fā)生波動，一旦諧波強度過高，會造成元件、設(shè)備的損壞。要想解決上述問題則需引入有源電力濾波器，才能夠提高諧波治理效果。

2.4 有源電力濾波器

近年來，人們對于電能質(zhì)量提出了更高要求，由于諧波治理中無源電力濾波器已經(jīng)無法發(fā)揮積極作用。因此，在電力系統(tǒng)中引入有源電力濾波器（APF）迫在眉睫，尤其是在10kV供配電系統(tǒng)中。在系統(tǒng)中，該設(shè)備指令電流運算部分能夠?qū)┡潆娤到y(tǒng)內(nèi)的無功、諧波電流提取出來，變流器對其進行電流補償。通過上述處理，能夠有效降低或消除電網(wǎng)內(nèi)諧波電流成分，以此來提高電網(wǎng)的運行質(zhì)量，為人們提供優(yōu)質(zhì)的供電服務(wù)。相較于PPF，APF具有靈活性優(yōu)勢，能夠有效濾除開關(guān)器件、開關(guān)頻率產(chǎn)生的諧波，根據(jù)供配電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波情況進行針對性調(diào)整。不僅如此，該裝置在運行時不會產(chǎn)生過載情況，始終在額定容量內(nèi)運行，故在現(xiàn)實生活中，可以廣泛推廣APF，實現(xiàn)對諧波高效治理，為電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供堅實的保障。有源電力濾波器結(jié)構(gòu)原理見圖1。

圖1 有源電力濾波器結(jié)構(gòu)原理圖

3 應(yīng)用實例

基于研究實用性，本文選取具體案例進行深入研究。本地某廠房安裝中頻電源大功率加熱設(shè)備、數(shù)控機床等，用戶10kV配電站中設(shè)2臺2000kVA配電變壓器以滿足生產(chǎn)需求。但用電設(shè)備在運行過程中，產(chǎn)生了大量諧波，對低壓電網(wǎng)構(gòu)成了不同程度的污染。最嚴重時，諧波造成配電站匯流排及配電變壓器產(chǎn)生震動、異響等現(xiàn)象，尤其是2#配電變壓器出現(xiàn)噪音大且發(fā)熱嚴重的狀況，給電站穩(wěn)定運行埋下了諸多安全隱患。對此，盡快治理諧波問題非常關(guān)鍵。通過對低壓供電支路諧波進行儀測，數(shù)據(jù)如表1（0.38kV諧波電流允許值根據(jù)地方供電公司調(diào)度提供的系統(tǒng)短路容量計算，2000kVA配變短路阻抗按銘牌標示值5.97%計），能夠從中發(fā)現(xiàn)低壓供電支路注入母線的5次、7次及11次諧波電流偏高，2#配變5次諧波電流遠超過相關(guān)規(guī)定和要求。故需要引入有源濾波器到低壓支路上，實現(xiàn)對該支路的諧波治理，以此來避免諧波進一步危害電網(wǎng)，為設(shè)備運行創(chuàng)建良好的運行環(huán)境。

表1 電站低壓供電支路諧波電流評估情況

針對上述情況，引入2臺APF(計算容量200A，設(shè)有HPF高通濾波器），利用電纜將其與母線連接到一起，并在進線柜端口三相母線上，分別加裝采樣電流互感器，電流采樣點介于注入點與負載之間，具有直觀性。經(jīng)過改造后，電站諧波問題得到了有效控制，運行效果更加科學、合理。根據(jù)測量數(shù)據(jù)來看，安裝有源電力濾波器后，電能質(zhì)量較以往有了極大的改善，實測總諧波電流下降到2.1%左右，其中5次、7次諧波電流分別下降至1.5%、0.5%，不僅如此，電站母線異常及變壓器噪音基本得到了控制。本例中，為了提高諧波治理效果，還可以根據(jù)每臺設(shè)備電流諧波量，采取就近治理方式，通過對設(shè)備用電性能的有效改善，以此來抑制諧波的產(chǎn)生，從而確保輸送的電能具有較高的質(zhì)量。企業(yè)要提高對諧波治理的重視度，積極引入先進設(shè)備和技術(shù)，將其應(yīng)用到諧波治理過程中，為企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的持續(xù)運行奠定堅實的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

本文根據(jù)實際案例進行驗證，發(fā)現(xiàn)有源濾波器的投入，能夠確保供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行，且有效緩解諧波問題，具有較好的效果。隨著電力工業(yè)不斷發(fā)展，針對諧波問題的處理，我們還要給予更為深入的分析和研究，創(chuàng)新電網(wǎng)諧波治理方案，從而促進電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

[1]于振華,薛守民等.談無功補償裝置諧波治理技術(shù)在配電線路上的應(yīng)用[J].通訊世界,2017,(01):220.

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