浅析电力系统中的谐波治理技术

黄晓东　罗太坚　张扬　康甫　卢国权

摘要：近年来，社会进步迅速，当今社会科学技术日新月异，电力电子技术更是得到了迅猛发展，为人类社会的进步提供有力保障，各类变流装置在工业、供电系统等行业中有着广泛的应用范围，在提高用电质量的同时也带来了许多新问题。工业、供电系统中的输电、用电设施不再是传统的电压器、变压器、电机等设备，而是进化为大量的调压变频设备等感性、非线性负载，还包括一些需要频繁启停的大功率设备。这些设备在正常使用过程中因其非线性特性会产生许多不同频次的谐波电流，既会互相影响还会干扰其他的输配电设施，造成电流和电压波形的失真，一方面减少电能的使用效率，浪费大量电能资源，另外还会干扰输配电设施正常工作甚至影响其使用寿命。因此关于公用电网的电能使用情况得到了越来越多的关注，许多科研人员投身到该行业中，通过无功补偿、谐波抑制等方式提高电能质量，减少资源浪费，加强电网的安全性和稳定性。

关键词：电力系统;谐波治理;技术

引言

近年来随着现代工业化、电气化的快速发展，在电力系统中各种大功率荷载的投入使用和系统自身非线性器件的原因使得系统中的电压、电流波形畸变越来越严重，由此构成的危害影响不容忽视，进行有效的抑制谐波和消除治理是十分重要的。

1电力谐波对供配电系统的影响分析

1.1 对变压器的影响

在电力系统中，变压器起到核心性作用，但是如果电力系统中有谐波产生，且谐波电流对变压器造成了影响，造成变压器绝缘老化、发热、功耗增加等问题，就会使其工作效率降低，甚至使其停止运行时，整个供电网络的运行都将受到不利影响，严重时甚至会造成供电网络瘫痪的后果。同时，在电流从电力设备中通过时，各电力设备中都会有谐波产生，且不同设备的谐波频率会有所不同，这些谐波的影响作用会相互叠加，进而在很大程度上干扰变压器的稳定运行。如果变压器的运行不能维持在稳定状态，电力系统中的电流情况也将会受到不利影响，这些不稳定的电流从变频器中通过，就会让变频器产生的谐波更加严重，变压器也会受到更大的影响。这样的恶性循环不仅严重影响变压器的工作效率，而且将缩短其使用寿命，直接影响供电企业的经济效益。

1.2 对电容补偿设备的影响

在电力系统中，如果谐波频率发生变化，带有电容补偿的谐波阻抗也会随之变化，所以整个系统可以是容性系统，也可以是感性系统。如果系统中的谐波频率到了某一个数值，且系统中的感抗远远超过系统的容抗，在大量的谐波电流作用之下，电容器和电力系统中的其他设备之间就会产生串联谐振或者并联谐振，谐波电流也会进一步被放大，容易引起谐波过电流或者是过电压现象，熔断电容器中的保护熔管，甚至烧毁电容器。而电容器一旦被烧毁，整个电气回路中其他设备的安全运行也都将受到严重的不利影响。

2电力系统中的谐波治理技术

2.1构建监测机制

对于谐波的抑制与消除，不仅要在技术上进行防治，而且还要建设一个监测机制，实施制度和监测相结合，为电力网络的综合监管、动态评估和防治灾害提供支持保障。构建监测机制可以从以下几方面进行。（1）建立信息技术平台和数据库。建设现代化的电力系统监测网络平台，采用先进、科学的监测技术通过仪器对电力系统进行监测，并通过监测系统分析精准找出谐波污染源位置和原因，为抑制和消除提供措施保障。（2）用户和监测机制的应用。对系统本身和用户使用的设备产品是否符合行业或国家规范要求进行监测，杜绝谐波污染源的产生，对使用设备的数据进行采集，分析谐波产生原因、特点，提供科学合理的调控，增强抑制效果。（3）监测和评估一体化机制。建立行之有效的监督和安全防护评估机制，对电力系统制定更高的技术标准和规范要求管理，是电力系统安全运行的保障，是有效節能、减少污染和降低运营成本的管理手段之一。

2.2有源电力滤波器（APF）

APF是目前主流的谐波治理方式，可以有效补偿频率和幅值均变化的谐波。APF按接入方式分类可分为串联型、并联型和串并联型三种。图二为串联型APF拓扑，该装置可以作为受控电压源，其主要功能是消除电网中的电压型谐波，改善电压波动等常见质量问题，提高电网的工作稳定性。串联型APF在工作过程中需要负载电路中的全部电流，功率损坏会比较严重，再加上其投切、保护等动作相对复杂，因此现在应用范围非常小。装置通过向电网中投入与谐波源所产生的谐波电流相同大小但方向相反的电流，这样可以有效抑制谐波电流扩散。与串联型APF对比，并联型APF的投切、保护等操作起来更加安全和方便，同时还能对电网进行无功功率补偿，因此这种方式是目前实际应用中最为广泛。

2.3传统谐波抑制方法

传统的谐波治理主要是通过对谐波源本身进行抑制，将谐波本身的电流和电压控制在安全规定范围值之内，传统方法有以下几种。（1）在系统设计中增加变压器等换流装置的相数或脉冲数，其目的是对整流器件设备所产生的低次谐波进行抑制，理论上可以实现消除5、7等次谐波，但在实际中由于投资过大等原因，该法常在大容量荷载的抑制治理中使用。（2）对于大谐波源，通常是改变其接入点。由于高压电网的短路容量大，有承担较大谐波的能力，把产生大谐波的设备尽量接入高一级电网的母线，或增加非线性负荷到对谐波敏感负荷之间的电气距离，合理改善供电环境。（3）三相整流变压器采用Y-d或D、Y的接线。这种接线法可以消除3的整倍数高次谐波，使磁通在变压器绕组及副边绕组内产生的3的倍数次的高次谐波电流在接线绕组内形成环流而不注入系统。（4）采用多重整流电路，将多个方波进行叠加形成阶梯波，使之接近于正弦波，从而减少和消除次数较低的谐波，达到抑制的效果。

3结语

电力谐波会对供配电系统的正常运行带来很大程度的不利影响。所以，相关单位应该对此加以重视，并通过合理的策略来进行谐波治理。这样才可以有效保障电力系统的正常运行，提升设备的运行安全和使用寿命，满足人们的用电需求，促进电力企业经济效益的提升。

参考文献

[1]姚伟平.电力谐波对电力系统的影响及治理措施[J].大科技，2019，（28）：63-64.

[2]王国涛.浅析电力系统谐波危害及治理措施[J].计量与测试技术，2019，（9）：73-74.

[3]潘博，王健.矿山电力系统谐波的危害与治理[J].山东工业技术，2019，（8）：95.

[4]李艳芸.煤矿电力系统谐波分析及治理[J].百科论坛电子杂志，2019，（2）：607-608.