電力系統(tǒng)諧波的危害及其抑制措施研究

王清彬 秦艷 明愛(ài)紅 國(guó)網(wǎng)昌吉供電公司

近幾年電力系統(tǒng)發(fā)展已進(jìn)入嶄新階段，電力市場(chǎng)也隨之開(kāi)放，無(wú)論是生活還是工作隨處可見(jiàn)非線性負(fù)荷身影。而當(dāng)電網(wǎng)處于工作狀態(tài)時(shí)，不同層級(jí)電網(wǎng)夾雜了大量諧波從而涌入電網(wǎng)內(nèi)部，后果極其嚴(yán)重，電網(wǎng)電流變異，影響了電力系統(tǒng)運(yùn)行，難以保障電能質(zhì)量，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)高效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。因而應(yīng)深層次鉆研電力系統(tǒng)諧波問(wèn)題，制定有效的抑制措施，減輕諧波帶來(lái)的危害，恢復(fù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定。

一、諧波概述

（一）定義

利用傅里葉級(jí)數(shù)推斷周期性的非正弦電量，不僅可以得知和電網(wǎng)基波頻率相等分量，還可以知曉超過(guò)電網(wǎng)基波頻率分量值，對(duì)于超出的分量便叫做諧波。一般情況下諧波頻率泛指和基波頻率的比值，叫做諧波次數(shù)。諧波頻率代表基頻倍數(shù)，例如基波頻率制定50赫茲，2次諧波指定100赫茲，根據(jù)此事物原理，推出與之相同的其他事物原理，變異電流作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，變?yōu)?次諧波、3次諧波。諧波屬于干擾性電流，以此削減電網(wǎng)能量。

（二）產(chǎn)生

產(chǎn)生諧波的根本因素是應(yīng)用了非線性負(fù)載，盡管期許電力系輸送出來(lái)的正弦波電流與電壓符合標(biāo)準(zhǔn)，然而正弦波電流途經(jīng)非線性負(fù)載時(shí)完成輸配電，電流、電壓處于非線性不相關(guān)狀態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)部涌現(xiàn)很多非正弦電流，隨即衍生出諧波。當(dāng)電網(wǎng)將電量傳輸給非線性負(fù)載時(shí)就要必須途經(jīng)諧波電流，一些與諧波接觸的設(shè)備會(huì)發(fā)生不同程度的變化?；陔娏ο到y(tǒng)環(huán)境下，通常稱非線性元件叫做諧波源，工作波形是非正弦波。部分是把直流電源換化為方波，比如變頻器。該設(shè)備應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，促使其基波變異，但是對(duì)于線性阻抗設(shè)備工作原理來(lái)說(shuō)，主要依附感抗渦流和容性電離來(lái)完成，比如電弧爐和中頻感應(yīng)爐。此類用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則波和脈沖尖，這些不規(guī)則波和脈沖將直接影響系統(tǒng)基波，增加變異概率，諧波污染趨于嚴(yán)重化[1]。

二、電力系統(tǒng)諧波危害

高次諧波電流的產(chǎn)生主要受非線性負(fù)載的影響，倘若把該電流融入至公用電網(wǎng)中則會(huì)在電網(wǎng)抗組中形成高次諧波電壓降，促使正弦波電壓變異。在線路內(nèi)部引入變異電壓，高次諧波電流就會(huì)進(jìn)入線性用電負(fù)載，擴(kuò)散諧波污染。電力系統(tǒng)諧波危害主要涉及以下幾點(diǎn)：①諧波電流的形成可在某些程度上消耗更多用電線路和電力設(shè)備能量，聚集眾多發(fā)熱來(lái)縮減用電線路和電力設(shè)備的應(yīng)用期限，另外用電線路和電力設(shè)備在工作過(guò)程中會(huì)發(fā)出高頻率噪音。②嚴(yán)重影響異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩曲線，導(dǎo)致該設(shè)備變異情況嚴(yán)重，阻礙做工細(xì)節(jié)，無(wú)法完全展現(xiàn)其作用價(jià)值。③低頻次諧波通常情況是無(wú)法符合換流裝置工作標(biāo)準(zhǔn)。④電流、變壓裝置和自動(dòng)控制裝置在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)會(huì)受到諧波電流的擾亂，使它們逐漸與原有工作軌跡拉開(kāi)距離。⑤大指標(biāo)電網(wǎng)諧波比例可相對(duì)減弱消弧線圈的滅弧功效，導(dǎo)致滅弧功效無(wú)法正常顯現(xiàn)出來(lái)，單相重合閘失敗，并且延長(zhǎng)自動(dòng)重合閘時(shí)間。⑥使電能劑量精準(zhǔn)度直線下滑。⑦諧波的產(chǎn)生可能引發(fā)諧振[2]。⑧電容器受損。諧波對(duì)于并聯(lián)補(bǔ)償電容器帶來(lái)的影響是極大的，根本原因是增加介質(zhì)消耗度，致使電容器熱量增加，受損嚴(yán)重，也有部分介質(zhì)中周圍出現(xiàn)放電情況，導(dǎo)致電容器受損嚴(yán)重。

三、電力系統(tǒng)抑制諧波危害的措施

要抑制和緩解諧波造成的危害可從兩個(gè)角度分析，一般使用頻率最高的抑制措施有防范性和補(bǔ)償性。其中防范性措施亦可分為兩類：首先，全面分析供電設(shè)備整體構(gòu)造，最終找出問(wèn)題并解決，從設(shè)計(jì)、制造、配置入手，從而減少諧波。其次，從諧波發(fā)源地抑制諧波的生成，具體借助整流器的調(diào)節(jié)使脈動(dòng)數(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。補(bǔ)償措施使用方法有：轉(zhuǎn)換饋線參數(shù)，選擇濾波器。以下是從兩個(gè)角度分析和研究抑制諧波的有效措施[3]：①對(duì)于變壓器連接作業(yè)而言，通常選擇的連接手段是繞組，以此降低部分次數(shù)諧波，例如采用三角連接方式和星形連接方式對(duì)三相整流變壓器加以并聯(lián)，從而抑制高次諧波的發(fā)生。②將整流裝置脈動(dòng)數(shù)進(jìn)行上調(diào)。該裝置是諧波形成的重要因素，可借助諧波電流頻率和脈動(dòng)數(shù)之間的關(guān)系，諧波頻率和脈動(dòng)數(shù)呈正比例關(guān)系，諧波次數(shù)和諧波電流成反比例，這時(shí)可通過(guò)上調(diào)脈動(dòng)數(shù)來(lái)抑制諧波電流的生成。③脈寬調(diào)制法。如今脈寬調(diào)制法在整流裝置方面廣泛應(yīng)用，該工作模式下的整流器不單單投入在整流上，亦可適用于有源逆變，把直流電能輸送至交流系統(tǒng)。選擇脈寬調(diào)制法，在頻率周期范圍內(nèi)使用，將直流電壓調(diào)制成等幅不等寬的交流電壓脈沖能夠全面抑制諧波。④科學(xué)使用濾波器。將濾波裝置安插在諧波形成的位置，這種方法能夠有效抑制諧波的產(chǎn)生，并且效果明顯。目前可供選擇的濾波器有三種，分別為無(wú)源濾波、有源濾波、混合型濾波。⑤謹(jǐn)慎采用并聯(lián)電容器組中串聯(lián)電抗器的參數(shù)。把串聯(lián)電抗器安裝至電容中能夠很好的起到減少諧波電流對(duì)其損耗以及電網(wǎng)諧波污染的作用，串聯(lián)的電抗器可以參照不同的諧波強(qiáng)度來(lái)明確采用不同比例的電抗值。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，諧波的出現(xiàn)可能會(huì)使供電企業(yè)電壓出現(xiàn)異常，同時(shí)也會(huì)影響到電力生產(chǎn)設(shè)備的安全、平穩(wěn)運(yùn)行，增加電網(wǎng)的消耗率，對(duì)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行造成干擾，給供電企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益帶來(lái)巨大損失。面對(duì)這種局面，應(yīng)重點(diǎn)從基礎(chǔ)層面討論和分析，實(shí)時(shí)追蹤和引入先進(jìn)的諧波抑制手段和新型技術(shù)，大力推廣抑制諧波的措施，將危害降到最低，促使電力系統(tǒng)運(yùn)行效率的全面提升，推動(dòng)我國(guó)電力系統(tǒng)諧波綜合治理的進(jìn)程。