供用电系统中综合型谐波处理装置设计

张纪培

摘 要：在我国的电力产业快速发展的同时，也伴随谐波的污染。谐波的产生使供用电质量下降，带来了极大的危害，严重干扰我国人民的生产和生活。电能质量的下降，引起了多方面的注意，人们对谐波的重视程度也日益增加。文章就从谐波产生的原因谈起，进而阐述对控制谐波的主要措施，旨在为我国的电力产业发展做贡献。

关键词：供用电系统；谐波；装置设计

前言

目前，供用电系统中的谐波，对电力的质量有严重的影响，使电压和电流均不不稳定，给电网环境造成一定的污染。谐波使电压和电流的振动图形发生改变，消耗一部分的电能，使电能的质量下降，所以谐波的有无，可以反映出供电的质量优劣。谐波已经成为了制约电能输送的一大顽疾，被认为是污染电网的直接因素，所以对谐波的控制工作是势在必行的。

1 产生谐波的原因

1.1 变压器

变压器是一种可以产生奇数次谐波的谐波源，产生谐波的大小与变压器的磁路设计有关，变压器的铁芯的饱和度高，产生的谐波就越大，越电网的影响也越剧烈。

1.2 气体放电类电光源

气体放电类电光源包括：高压汞灯、金属卤化物灯、荧光灯等，具有负伏安特性。气体放电灯在使用的过程中，要求与电阻或者电感串联，在确保综合的伏安数为正时，电路才能正常的运转，通常人们将这样的串联电阻和电感称之为镇流器。气体放电类电光源的非线性十分严重，5次谐波的含量高达35%以上，是一种严重污染电网环境的的电源型谐波源。

1.3 电气设备

目前，我国的民用设备采用的是开关型的电源电气设备。此类电源属于整流电路，其中绝大多数是全波整流电路。整流电路的可以分为感性负载与容性负载两种负载，产生4次谐波的含量高达40%以上。对于电容负载的电路，只产生基数次谐波，是一种电压源型的谐波源。产生的谐波量与电路中的电容器有关，电容器越多，产生的谐波越大。在人们物质生活丰富的今天，用电系统承载的用电器越来越多，电容越来也大，随之而来的谐波含量也越来越多。

2 治理谐波的具体对策

2.1 优化供电环境

电力系统在供电的过程中，要合理的选择电压，使之保持三相电压的平衡，从而降低谐波对电网的干扰，使电网更好的供电[1]。高一级的电压电网和大容量的供電点为谐波源供电，二者负担谐波的能力会变大，应用专门的线路对谐波源负荷供电，可以有效的降低谐波对其负荷的影响，还可以集中力量阻击并消除高谐波和次谐波。

2.2 减少谐波源的谐波含量

对谐波的治理，要从源头上制定解决的对策，所以要控制好谐波源的含量，使其处于最低的水平，在谐波产生的源头最大限度的避免了谐波的产生。要控制要谐波上产生的源头，就要从谐波源设备的设计、使用上入手，并且重视谐波对供用电设备的危害，结合实际的情况，制定切实可行的治理办法，有效的控制好谐波。另外，电业局的相关部门，要严格履行职责，对于没配备谐波治理系统的用户，禁止其接入电网，在运用必要的设备之后，方可入网运行[2]。

2.3 吸收谐波的电流

在谐波源吸收谐波电流是目前应用较为广泛，对谐波有效进行抑制的办法。主要包括无源滤波器和有源滤波器。通常无源滤波器，是由许多的无源滤波器构成的，可以吸收谐波电流，从而降低电网电网中的电流，达到抑制谐波的目的。有源滤波器是由电力电子器件构成的，对谐波进行补偿。有源滤波器对输出的电压波形进行有效的控制，从而控制并消除谐波电流，从而使电网的电能可以高效的传输，将损耗降到最低[3]。

3 综合型谐波处理装置设计

3.1 设计目的

单纯的使用并联型谐波处理器和有源滤波器，都不能有效的解决谐波对供用电污染的问题。综合型谐波处理装置需要将谐波产生的诸多因素相结合，集并联型谐波处理器和有源滤波器的优点与一身，降低无源滤波器的谐波阻抗，提高综合型谐波处理器的性能，更好的过滤谐波，做到经济和实效的统一[4]。

在综合了有源滤波器和无源滤波器的优势之后，使综合型谐波处理装置在安全行性能和电路的言行方卖都有较为显著的效果，都比二者结合前性能要好。

3.2 工作原理

综合型谐波处理装置是一种三相对称的系统。如果将有源滤波器视为理想的电源并且容易控制，则谐波的负载是一种电流源。在实际的运行环境中，电源电压分为基波部门、谐波部分，无源过滤器将谐波阻抗，使之阻挡在用电器电源之外，避免使电能的质量减低[5]。

综合型谐波处理装置，将有源滤波器优势结合在系统之中。有源基波不产生基波电压，所以该综合过滤装置不必要可考虑基波的干扰。综合型谐波处理装置使谐波的负载控制量趋于零，使无源滤波器的过滤效果得以改善，在这种情况下，有源滤波器两端的电压，相当于所有负载的谐波过滤产生的电压。综在合型谐波处理装置中，同一个交流系统中产生的谐波电流不会进入无源过滤器中，这样就不会使无源过滤器超负荷的运行。综合型谐波处理装置，将有源的滤波器产生的电压，相互叠加在一起，得到了一定的补偿电压。

当无源滤波器与电力系统并联的阻抗值逐渐变大，会形成并联的谐振现象，并且阻抗越大，产生的谐波也就越大。在这种环境中，如果保持负载电流的谐波不变，在电源中也会产生较大的谐波电源，甚至造成电源电压的剧变。有源滤波器利用其独特的优势，将各个支路的谐波阻抗值变为零，使并联谐振没有产生的可能，有效的抑制并联谐振的发生。当无源滤波器与电力系统并联的阻抗值逐渐减少，二者之间的谐波电压就会变大，当阻抗值近似为零时，此时的谐波电压最大，会使谐波增大，易产生串联谐振现象。有源滤波器和无源滤波器的使用，使电力系统的谐波含量得到有效的控制，避免谐振的现象发生。

要控制好有源滤波器两端的电压，使谐波产生的电流流入到无源滤波器中，这样与其一同连接负载电流谐波也不会进入无源滤波器中，这样可以很好的控制串、并联谐振现象的发生。电网电压比有源滤波器两端的电压要高，这样可以促使综合型谐波处理装置中的有源滤波器含量与并联过滤器要小很多，更加适合给谐波补偿，使该装置在投资和使用的过程中的资费有效的得到控制，使投资更具有实效性，对于谐波的控制效果更好，保证电能不受损失。

4 结束语

综上所述，谐波使制约电力质量的重要因素，文章从谐波产生的原因和控制谐波的办法出发，对综合型谐波处理装置进行详细的阐述。不难从文章看出，综合型谐波处理装置其实非常简单，是对现有的并联无源滤波器进行技术改造，和对无源滤波器的电路进行设计，从而有效的控制谐波的含量，提高滤波器的使用效果。综合型谐波处理装置的设计保证了在有源滤波器停止工作的时候，无源滤波器仍能正常的工作，过滤谐波，更高的保证了系统过滤谐波的作用。

参考文献

[1]《电力系统自动化》2010年索引（第27卷第1～24期）总目次[J].电力系统自动化，2010，10（24）：108-111.

[2]戴喜良，李尚盛，杨泽洲.基于DSP与FPGA实现级联型谐波发生器的研究[J].电力电子技术，2014，1（25）：158-161.

[3]林振烈，唐朝晖，桂卫华.TCR+FC型无功补偿技术在矿井提升系统中的应用[J].计算技术与自动化，2014，2（23）：138-145.

[4]蒋麦占.谐波的实用抑制措施及滤波器的应用—工业与建筑物电气系统谐波问题之三[J].变频器世界，2010，11（28）：110-116.

[5]陈宝喜，李德辉，朱介人.10kV系统分数谐波电流注入装置及其应用[J].电力技术，2010，10（26）：128-132.