谐波滤除对节电率的影响及其仿真研究

摘要：谐波损耗会引起电网线损增加，为此需要对谐波进行滤波操作以降低线损。现对谐波损耗算法进行了研究，从理论上分析了谐波对线损和节电率的影响，并通过仿真软件进行了验证。仿真结果表明，超过国标的谐波带来的损耗较大，滤波可以降低线损，提高节电率，改善电能质量。

关键词：谐波损耗;线损;节电率;仿真

0 引言

电网中的谐波会引起电气元件的额外电能损耗。近年来，随着各种非线性负荷及电力电子设备在电网负载中所占比例的急剧增加，大量的谐波源引起电网供电品质下降，同时引起电能损耗增大。《电能质量公用电网谐波》（GB/T 14549—1993）规定了各等级电压的谐波限值，但关于谐波损耗的研究分析并不多，对谐波损耗与节能降损的關系探讨也较少，而实际上谐波损耗是一个很重要的能耗指标。谐波损耗计算对电网节能降损和电力用户的谐波治理均具有积极意义。

1 谐波损耗计算方法

目前关于谐波损耗的理论研究主要有谐波潮流法和估算法。谐波潮流法能精确计算出谐波潮流，但要获取全网谐波数据非常不易，计算量很大。估算法在能够计算出基波线损的基础上，对谐波损耗的估算也是相当准确的，可以应用于局部区域或个别元件谐波损耗的计算。本文主要对谐波损耗估算法进行了研究分析，利用谐波电流畸变率进行谐波损耗的计算。

一般认为电网的稳态供电电压波形为工频正弦波形，为了表示出畸变波形偏离正弦波形的程度，一般用谐波含量、总畸变率和h次谐波的含有率来描述。第h次电压、电流谐波含量分别用HRUh、HRIh表示：

以上即为工程上计算谐波损耗的估算方法，考虑不管有无集肤效应，谐波损耗均为基波损耗的一部分，与基波损耗存在一定的比例关系。从能量平衡的观点来分析，该估算方法也是合理的，小部分转化为谐波功率的基波功率，变为注入电网的谐波电流源，其中一部分谐波功率返回发电机和系统阻抗，分别被发电机所吸收和被系统电阻所消耗，大部分谐波功率被负荷电阻所吸收。

2 谐波对线损和节电率的影响分析

根据该公式可较为精确地计算出不同滤波效率下的谐波占基波损耗的比例，从而得知滤波设备在消谐方面的节电率。

3 仿真分析

为进一步分析谐波损耗对线损和节电率的影响，本文利用MATLAB/SIMULINK建立仿真模型，对不同谐波畸变率的谐波损耗进行仿真分析。仿真参数：电源容量1 200 MW;电压500 kV;负荷为整流阻感性负载1 000 MW;6脉波整流。滤波装置参数：C型滤波器150 Mvar，双调谐滤波器150 Mvar，高通滤波器150 Mvar。

仿真主电路图如图1所示。

滤波装置投切后，通过调整负载参数，改变负荷注入电网的谐波畸变率，测量谐波损耗数据如表1所示。

表1的仿真测量数据表明，超过国标（110 kV谐波标准为2.0%，电压等级越高，谐波标准数据越小）的谐波被滤除后，节电率较高，同时谐波损耗也较大。谐波含量越低，谐波损耗也较低，同时滤波节电率也较小。

4 结语

本文对电网谐波损耗进行了研究分析，推导出适用于工程实践的谐波损耗算法，并研究了滤波对节电率的影响，为谐波污染治理的定量计算和电网节能降损工作提供了有力支撑，对电网电能质量的研究和管理具有一定意义。

[参考文献]

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[2] 王兆安，杨君，刘进军，等.谐波抑制与无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，2006.

[3] 王冠.电力系统谐波分析的元件模型和系统仿真[D].杭州：浙江大学，2003.

收稿日期：2020-09-08

作者简介：郝侠（1977—），男，江苏南京人，高级工程师，研究方向：电气自动化。