变电系统谐波问题浅析及其治理研究

佟析霖

【摘 要】现代科学技术的发展，电子装置的种类及数量逐步增多，电力系统的发展，各个领域内的非线性负荷的接入，其也给电力系统带来了严重的谐波污染。谐波的危害在于不仅会导致设备损耗、加速绝缘老化，情况严重或者谐波的危害长期存在甚至会出现谐波穿透绝缘构件的情况，损坏相关设备，继电保护装置出现故障的概率也会大大提高，包括自动装置误动、拒动等，其对于计算机系统的正常工作也有一定的影响。本文简单阐述了变电系统的情况、谐波的危害，并有针对性的提出了几点谐波治理意见，包括无源交流滤波、有源交流滤波器，分析了谐波治理的发展趋势。

【关键词】变电系统；谐波；危害；问题；治理；分析

0.前言

为了适应电力事业的发展，便于管理，电网中的各项设备也逐渐增多。良好的电力供应系统，其提供的电压具有正弦波形，但是电网在实际的运行中会受到某些因素的干扰，出现波形偏离的状况，该现象即为谐波。其出现的根本原因与电网的发展有紧密的联系。现代电网中设置了较多的非线性阻抗特性的电气设备，在供电运行时，即造成了谐波的出现。现代我国工业用电中的谐波一般为50赫兹，而供电系统中的谐波一般是指高次谐波，其会直接引起供电系统的电力或者电力波形出现异常变化，降低供电质量。

1.变电系统谐波的概况

现代电网系统的不断发展，对电网管理也有了更多更高的要求，电子技术的发展，研制出了各种电子设备，有效的提高了电能的利用率，但是该类电力电子设备中也包括直流输电用的换流器、电弧炼钢炉、变频器、可控硅整流设备、调压设备等。上述设备均为非线性负荷型的设备，其会直接导致电压或者电流的波形出现异常变化，即为谐波。电网会受到该类谐波的干扰，因此上述设备则是谐波源。谐波污染的范围随着非线性负荷型设备的广泛使用而广泛的存在于电网中，影响了电网的整体运行性能。因此对其进行研究，并探索治理措施是十分有必要的[1]。

2.谐波的危害

电力谐波的危害主要表现在以下几个方面：①谐波能够影响继电保护装置的判断，影响到其正常工作，甚至导致自动装置的拒动或者误动，降低电力系统运行的安全性；②变压器、旋转电机或者其他设备也会受到谐波的影响，增加该类设备的附加损耗，设备运行时温度会升高，而出现绝缘迅速老化现象，减少设备的使用寿命；③谐波能够利用电容调和及电磁感应对于其周围的通讯设备产生干扰，使之无法正常通信；④在电力系统中常用的感应式电能表会由于谐波的影响，计量的准确度降低，加深误差程度；⑤谐波会导致某些新型的设备无法正常运行，而阻碍先进技术的推广应用。

3.谐波治理措施

电网的发展，为了对电网进行更好的管理，各项电子设备的数量不断提高，其带来的谐污染也逐渐严重。现代对于谐波的治理一般使用两种措施，一种是主动方式，即选择脉冲调制方法，包括宽脉冲调制 PwM，正弦脉冲调等，并配合电力电子设备的关断特性，将电子装置进行适当改良，优化性能，减少或者消除该类设备在运行的过程中出现的谐波。另外一种是被动方式，即在电网中添加补偿装置，该类装置的作用在于其能够将谐波吸收，或者对于的传播起到限制作用，且具有适用性强的特点。由于电子装置在完成工作任务的过程中，其本身的性能已经被限定，对其进行改造的空间较小，现代常用是方式即为被动型方式，将其中加入谐波补偿装置，因此对其的研究时十分有必要的。在进行谐波补偿时需要使用的滤波器根据类型的不同，又可以分为无源交流滤波和有源交流滤波器，具体内容如下：

3.1无源交流滤波

3.1.1无源滤波器由电容器概况

无源滤波器的主要构成部分包括电容器、电抗器及由电阻构成的谐振装置，其优点在于结构较为简单，可靠性强，日常维护是也较为便捷。其与产生谐波的设备进行并联，一般造成谐波污染的设备并不单一，滤波装置中需要包括数量不等的单调谐滤波器和高通滤波器，其中一组单调滤波器的谐振频率即能够治理一种相应的谐波频率，合理选择滤波装置的各项参数达到治理谐波的效果[2]。

3.1.2无源交流滤波参数选择原则

在无源交流滤波使用的过程中需要合理设置相关参数，保障其治理谐波的效果，主要遵循以下几个原则：①避免无源滤波器与系统连接后出现串联谐振；②应保障装置与谐波源不会产生并联谐振；③录播组需要具有较强的无功补偿容量；④如果电源频率出现波动，但是保持在一定范围内，滤波器依然可以保持正常的运行。

3.2有源交流滤波器

3.2.1有源交流滤波器概况

以往在谐波补偿装置的使用上，一般应用无源滤波器，但是因为无源滤波器存在较多固有缺陷，如体积较大，滤波效果也不甚理想，而现代科技的发展，有源电力滤波器的出现，为谐波的治理提供了新的思路，在现代电网中得到了较多的应用与发展。电力有源滤波器能够有效的进行谐波的动态抑制，并能够实施无功补偿。其由电力电子元件构成，其利用谐波及无功能够迅速的对谐波进行实时测量，掌握谐波的变化动态，并及时进行跟踪补偿，还可以电力技术实施实时补偿[3]。能够有效地治理谐波污染，相较无源滤波器，其效果更好，且不容易受到系统阻抗的干扰，但是其也存在一些固有的缺陷和不足之处，包括投入成本较高、单一设备的补偿容量较低、高次谐波的治理效果不佳等。

3.2.2有源交流滤波器基本原理及分类

有源滤波器的基本工作原理是，先对无功补偿的对象进行全面的检测，包括电流及电压等，通过谐波和无功电流检测电路后，计算得出补偿电流的指令信号。补偿电流出现的线路会将该指令信号放大，因此获得补偿电流，其可以有效的抵消负载电流中需要补偿的谐波及无功等电流，从而获得理想的电源电流。根据其各种不同性质，有源滤波器基本可以分为电压型有源交流滤波器利电流型有源交流滤波器；而根据实施无功补偿对象的不同，又可以分为并联型有源交流滤波器及串联型有源交流滤波器，其中并联型有源交流滤波器的应用较为广泛[4]。

3.2.3快速发展的原因

有源滤波在现代电力事业中的应用逐步扩大，其能够得到迅速发展的原因包括以下两点：①瞬时无功功率理论。瞬时无功功率理论的出现，三相系统中对于畸变电流进行实时检测，需以瞬时无功功率理论作为其理论依据；②大功率可关断器件。现代科学技术的进步，使得大功率可关断器件得到了较为深入的研究，其应用也逐渐广泛，其种类较为丰富，包括大功率门极可关断晶闸管、场控晶闸管、绝缘栅双极晶体管等，其能够促使逆变器产生的电压或者电流功率更大。

3.3发展趋势

现代电网的发展，对于谐波治理的要求更高，但是新型的电力有源滤波器存在一定的缺陷，包括经济成本投入较大、单机的补偿容量有效等，因此可以将电力有源滤波器与无源滤波器有机结合，发挥出二者各自的优势，进行谐波的治理。在治理的过程中，二者的作用也有所区别，无源电力滤波器的主要作用是滤除谐波电流，有源滤波器的作用则是强化谐波滤除的效果，并避免出现串联谐振的问题。该系统相较两种单独的滤波装置，很好的弥补了其不足之处，成为今后谐波治理的有效方式及发展趋势。

4.总结

现代电网的发展给人们的生活带来了方便，也促进了社会经济的发展。各项设备的出现及应用也为电网的管理及运行提供了可靠的保障。但是在另一方面，其也带来了许多问题，其中电力谐波即为比较严重的问题，其直接的影响到供电质量，因此需要对电力谐波采取措施进行治理。本文仅从一般的角度分析了谐波的基本情况及危害，并提出了几点治理意见，在电网的实际管理中，还需要管理人员全面掌握电网的构成、特点、规模、所设置的设备等，探索出适合实际情况的治理措施，提高供电质量、用电的安全性及稳定性，保障人们的生活质量，促进社会的发展。 [科]

【参考文献】

[1]黄虬，蒋李洋，庄浩俊，周文俊.电力系统谐波污染危害及综合治理[J].科技资讯，2009（29）：248.

[2]刘自清.试论电力系统的谐波及其抑制措施[J].黑龙江科技信息，2010（34）：11.

[3]逯少森.胜利油田电网谐波现状调查分析与治理[J].胜利油田职工大学学报，2009，23（01）：77-78.

[4]唐婷婷，赵莉华.电力系统的谐波抑制技术[J].电气时代，2009（09）：72-74.