谐波治理技术现状及其方向

李小亮

【摘要】本文通过对谐波的治理方法进行分析，分别从谐波的主动治理和被动治理的角度去分析，突出了在进行谐波被动治理的过程中，进行谐波的检测和控制的方法，分析谐波治理技术的新突破，分析谐波治理技术的发展前景。

【关键词】谐波治理技术；有源电力滤波器；无源电力滤波器；电能质量；发展趋势

在电力系统中，不同的环节都会受到谐波的影响，尤其是在电力系统的用电环节，会产生大量的谐波，谐波的产生会增加电力系统运行过程中的耗损，同时也会导致设备在使用过程中发热的现象，使设备运行的效率降低，而且，在进行继电保护的过程中，会导致继电保护的可靠性下降。为了能够完善电力系统的供电效率，减少谐波对其造成的影响，人们可以运用电力滤波器，其结构并不复杂，而且在使用中不会消耗太多的成本，能够起到对谐波的抑制作用，但是，其在使用中也会受到一定的限制，如会对电网的阻抗产生不利的影响，所以，要针对现状，研究出符合实际情况的谐波治理技术，能够起到抑制諧波的作用。

一、主动谐波治理技术

主动谐波能够针对谐波的治理源头，从源头的角度上消除谐波，其主要的方法有：

（一）运用脉冲的宽度进行调节

采用脉冲的宽度进行调节能够使整流器上的谐波减弱，将波形转化成正弦波，在整流的过程中，其电路的模型如图1所示，在运用脉冲的宽度进行整流时，其整流的负载不高，而且网测功率的因数是比较高的。

图1 脉冲宽度整流的电路模型

（二）提高变流装置的相数和脉冲数

对变流的装置进行改造，使之形成规定的移向角，运用换流变压器，能够降低谐波，一般可以运用十二脉波进行电路的整流，其电路如图2所示。

图2 十二脉波整流电路

（三）采用高功率因数的变流器

将变频器设置成矩阵式的，也可以运用不同方向的变流器，这样能够使变流器产生的谐波向四周分散，矩阵变流器的结构如图3所示。

图3 矩阵变换器的结构图

二、被动谐波的治理技术

（一）谐波治理的设备

在对谐波进行主动治理的过程中，一般采用的是通过对电子设备的改造，从而能够使谐波向不同的方向分散，在对谐波进行被动治理的过程中，可以通过设计电能质量设备，从而能够防止谐波对电网的运行产生不利的影响。现在，比较常见的电能装置主要有以下几种：

1、无源电力滤波器

这种滤波器能够在电网运行时吸收谐波，而且实现了对无偿功率的补偿机制，这种滤波的装置是由谐波电容器和电抗器构成的，其与谐波源通过并联的方式组合在一起。在一般情况下，在谐波产生的周围都会有公用的电网，能够与滤波器连接，这样能够在电网运行时及时吸收产生的谐波，而且还能够实现无偿功率的补偿，设备的维修业不复杂。

2、有源电力滤波器

这种滤波器能够起到对谐波的隔离作用，其是采用并联的方式，其结构如图4所示。与无源电力滤波器相比，这种滤波器还是具有自身的优势的，首先，其在实现谐波隔离的时候不会对阻抗产生任何的影响，而且也不会在于阻抗并联的过程中产生大量的振动，即使系统经过了调整，也不会对谐波的治理效果产生任何的不利影响，其在原理上更为简单，仅仅使用一台设备就能够完成对谐波的治理，而且能够实现对不同设备的治理，由分散孤立的治理方法转化成集中动态的治理，能够对谐波的频率进行分析。

图4 有源电路滤波器的结构图

混合型有源电力滤波器这种方法能够结合有源电力滤波器和无源电力滤波器的优点，能够在大型的工程上采用，能够在高压的配网上采用，所以，能够实现对无功补偿。

4、统一的电能质量调节器

其能够采用并联的方法将有源电力滤波器和无源电力滤波器结合起来，使两种滤波器使用同一个电容，其结构如图5所示。经过并联后，二者就能够直接将补偿的电压输出，能够向电网中输入功率，能够对谐波起到一定的抑制作用。这种方法在对谐波进行抑制的过程中，都能够对整流的状态进行分析，而且能够完成蓄电池的充电。

图5 统一电能质量调节器

（二）谐波的检测方法

在对谐波进行检测的过程中，要分析其实效性，对其精度也要进行考虑，从而能够完善谐波的治理效果。

1、傅立叶FFT算法

这种算法能够将电流中的基波分量进行计算，在此基础上，能够获得谐波电流在一定区域内的信号，从而能够将谐波去除。

2、完善的傅立叶级数法

其是运用傅立叶的变换的计算方法，对电流的基波分量进行分析，在此基础上，能够将负载电力中的谐波去除，建立级数方程，能够通过方程的联立得到最优解，然后运用几个不同的循环程序，从而能够得到正弦的系数。

3、FBD检测

运用此种方法，能够分析在电路运行的过程中，负载的电路在串联的方式下形成电导，在整个电路中，所有的等值电导都会消耗相同的功率，而且不会产生多余的电能消耗，按照等值电导的方式，对使用的电流进行分析，从而能够分析出无功补偿的功率。

4、瞬时无功功率法

这种方法能够将三相之间转化成两相，通过电流的变换，从而能够分析出无功功率，将电流量和基波量分别计算出来，就能够分析谐波量

5、同步测试法

这种方法能够对电力系统在运行过程中产生的功率进行分析，将平均使用的功率进行分析，然后根据要求使功率能够在三相内进行平均的分配，其又可以称之为平衡功率发，其功率和电流都是平衡的，能够将补偿的分量按照平均分配的方法直接转化到三相，使每相的功率是相同的。在经过功率的补偿后，产生的正弦波能够将谐波的成分去除。

（三）谐波的控制方法

谐波的量是不同的，所以，其控制方法也是不同的，在对谐波进行控制时，主要可以采用对负载谐波的控制，也可以使用电源谐波控制的方法。在进行负载谐波控制时，主要分析的是谐波的电流量，在对此分析后，将负载电流作为输入信号。在对电源谐波进行控制时，就可以采用补偿电流的方法，使电流能够释放出大量的正弦波，将大量的谐波抑制。针对以上两种谐波的控制方法，也可以采用负荷控制的方法，能够确保谐波电流在负载的形式能够得到补偿，确保电网的运行具有稳定性。

在对谐波进行治理的过程中，也可以加强对电流的控制。

1、线性电流的控制

线性的电流控制时运用调节器，能够在不同的环境中使用，而且在性能比较低的传动系统中也可以使用，其性能的完善是通过提高开关的频率实现的，运用的器件能够具有稳定的频率，所以，在控制的过程中不会存在变量，控制简单。

2、电流滞环控制

这种控制方法是运用一种动态的反馈装置，能够运用逆变器实现电流的转化，其反应速度非常快，而且其精度也不会受到外界环境的影响。

3、无差拍控制

这种控制方式是要建立电力的模型，然后通过方程的形式求得最优解，分析功率的大小与通导时间的关系，从而能够对电流进行参考指令的设计，这种控制方法不会受到电流参数的影响。

结语

在电网运行的过程中，由于会产生大量的谐波，导致电力系统的运行效率下降，而且会导致设备出现故障，所以，在电网运行中要对谐波进行治理，通过对谐波的检测和控制，实现线性电流控制和电流滞环控制等方法，在对谐波进行检测的过程中，可以采用傅立叶级数法和瞬时无功率法，使谐波的检测更加得精确。

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