电力电子设备谐波对主网的影响分析与对策探索

2024-03-25 12:15苏寅生周挺辉赵利刚甄鸿越黄冠标
南方电网技术 2024年2期
关键词:主网相角换流站

苏寅生,周挺辉,赵利刚,甄鸿越,黄冠标

(1. 中国南方电网电力调度控制中心,广州 510663;2. 直流输电技术全国重点实验室(南方电网科学研究院),广州510663)

0 引言

电力系统谐波是电能质量的重要参数之一,国标GB/T 14549—1993[1]就对公用电网的谐波允许值及其测试方法进行了限定。然而,该标准制定于将近30 年前的1993 年,只适用于110 kV 及以下的配电网,对于220 kV 电网仅提及了“参照110 kV 执行”,对于更高电网等级的主网层未有任何限定。主网层的谐波限制在我国事实上没有统一的规范标准。另一方面,近年来国内电网对谐波进行了普查[2],发现超过10%的500 kV变电站及干扰源客户存在谐波超标情况,在谐波超标地区,主网层的部分设备如滤波器、换流变等存在超设计边界运行的情况。2020 年3 月2 日,鲁西换流站柔直单元5 次谐波电流高达43 A,导致柔性直流单元申请停运。随着新型电力系统的建设,大规模的海上风电、陆上的光伏储能等新能源将大规模并网,用于工业生产的整流型电力电子设备及铁路系统牵引站大规模建设,预计将会产生更多的谐波。如何有效地对电力系统谐波进行治理已经成为一项紧迫而重要的任务。

一直以来不少研究人员对谐波问题进行了分析研究,文献[3-4]对工业电解铝的谐波成因、治理方法进行了研究;文献[5-7]对新能源中的谐波交互影响分析和抑制方法进行讨论;文献[8-9]研究了机车牵引站的谐波特性及其影响;主网中的常规直流[10]及柔性直流[11]本身也能够产生谐波。上述的研究对各大谐波源产生的机理、影响及其治理方案进行了深入的分析,符合“谁污染、谁治理”的原则。然而近年来的运行经验出现了一些新的特征,不少的谐波源事实上存在超标运行的情况,且暂不具备治理条件。此外,即使所有的谐波污染源均达标的情况下,主网由于谐波的放大作用以及汇聚效应,也会出现谐波较高的现象。此前由于对主网的谐波问题认识不足,导致部分设备对谐波的承受能力不足、部分设备的设计裕度不足[12-13],造成了主网层涉及谐波的事件偶发。

基于上述挑战和机遇,本文分析了主网层的主要谐波来源,以及谐波传递的机理及放大效应,研究了在多谐波源情况下的谐波叠加效应,探索了多种谐波治理的方案,并提出了主网谐波的治理建议。

1 主网的谐波问题

1.1 主网谐波标准及现状

为了控制谐波,改善电能质量,国家出台了相关的国标规范,以保证供电的电能质量。其中,GB/T 14549—1993 对110 kV 及以下的母线电压、公共连接点注入谐波电流进行了限定,部分数据如表1及表2所示。

表1 公用电网谐波电压限值(部分)Tab.1 Harmonic voltage limits of public power grid(portion)

表2 注入公共连接点的谐波电流允许值(部分)Tab.2 Allowable harmonic current injected into PCC(portion)

以前对主网的谐波关注度不高,甚至对主网没有国家层面统一的设防标准。《DL/T 5426—2009±800 kV 高压直流输电系统成套设计规程》[14]、《DL/T 5223—2005 高压直流换流站设计技术规定》[15]和《IEEE Std. 519—1992》[16]等标准对低次谐波提出了1%—5%不等的电压限制,但上述标准是对电网公共连接点(point of common couple,PCC)的电能质量提出的要求,而非对设备要求的限值。

自从2017 年鲁西高频谐振事件、2020 年鲁西主动停运事件、2021年新松滤波器跳闸事件后,由谐波引起的事件频发,谐波在主网层的危害不容忽视。自2017 年后,谐波普查成为了电网的日常工作,对主网层的500 kV 及220 kV 变电站及换流站进行了监测,以及对可能的谐波源用户/新能源场站进行了排查。各年的排查结果略有不同。以2020年为例[2],约有11%的变电站存在谐波电压超标的情况,约有28%的纳入排查范围的用户存在谐波电流超标的情况,约有20%的新能源厂站存在谐波电流超标的情况。排查结果表明当前电网中谐波超标情况较为普遍。从行业分类来看,电气化铁路及城市轨道交通、新能源厂站以及大型工业整流负荷为主要的谐波来源,如表3 所示。换言之,电力电子设备已经成为了主要的谐波来源。

表3 按行业分类谐波普测结果Tab.3 Harmonic measurement results by industry classification

1.2 主网的谐波问题

以前对主网层的谐波关注度不高,有几方面的因素,一是传统的交流元器件如发电机、传输线及变压器对谐波的耐受水平较高,即使出现较大的谐波,各种设备都能够正常运行;二是传统电网中的谐波源不多或是注入的谐波量不大,主网层的谐波含量比较低,未造成显著的影响。然而随着新型电力系统的发展,在可预见的未来,主要的谐波源(牵引站、新能源站、大型整流负荷)数量将显著增加,未来主网层的谐波水平将进一步上升。另外,当前已发现部分主网设备的谐波耐受水平较低,已经明显受到谐波的影响,制约了系统的安全稳定运行。例如,柔性直流换流站的换流变、常规直流换流站的滤波器等[17-18]在设计时以当时的谐波监测水平作为边界条件进行建设,过高的谐波电压将导致设备的使用年限减少甚至设备损坏。

2 主网的谐波问题分析

电力电子产生谐波的相关机理可参考文献[1-6]等,本文不再进行深入的分析。一般来说,大量分布式新能源厂站经过变压器后接入10 kV 或者35 kV 的地区电网后,谐波主要在本级电网进行传播,部分中大型的厂站可能接入110 kV 或220 kV城市电网,少量大型的厂站如董菁、光照光伏站直接接入500 kV 网络,其产生的谐波将直接注入主网。大型的牵引站、整流型工业负荷等很多采用110 kV 甚至220 kV 专变接入,甚至部分大型厂站如魏桥铝厂等通过专线直接接入500 kV 变电站。在建设新型电力系统的背景下,电力电子设备与主网层的电力距离越来越近,主网上的谐波呈现出了以下特征。

2.1 海量的分布式谐波源接入

基频的能量注入基本可以认为是人为控制、确定性的,然而谐波的来源非常广泛,除了上文所述的集中式来源外,变压器、电抗器等传统的设备由于其非线性及饱和特性存在将基频能量转化为谐波能量的可能性,尤其是电压偏高时,该现象将愈发严重。

众多的分布式谐波注入源将导致在主网站点中产生谐波的叠加效应。如何进行叠加是业界的难题之一,主要的问题是谐波的相角具有一定的随机性。影响因素包括以下几个方面。

2.1.1 谐波源相角本身的随机性

谐波源的相角与基波的相角并没有绝对的相关关系。以工业电解铝负荷为例,为减少低次谐波,一般采用多整流机组(4~6 组)并联运行,由有载调压交流变压器提供交流输入,单台整流机组为12 或6 脉波,如图1 所示,每组整流机移相6 º或7.5 º等。假设有N台整流机组,正常工况下全部同时运行,利用变压器移相技术使得等效脉波数为N×12 或N×6 脉波,送入供电母线特征谐波次数主要是P×N×12±1 次或P×N×6±1 次(P为正整数)。在检修和出现故障时将减少一台或两台机组,此时整流机组运行在不对称状况,供电母线上将出现较大幅值的P×12±1 或P×6±1 次数谐波电流。

图1 多整流机并行的工业铝厂Fig.1 Aluminum plant with multiple rectifiers in parallel

常规与非常规运行状态下,其谐波具有明显的差异[19],如表4所示,某铝厂完整运行为4整流机,单机6脉动合计24脉动[19]。

表4 某铝厂完整与不完整运行时的谐波Tab.4 Harmonics in an aluminum plant during complete and incomplete operation

在不完整运行时(但仍属于正常运行工况),会产生较大的低次谐波,谐波相角还具有一定的随机性。以图1 中的铝厂为例,若停运的为不同的整流机中不同的单元(12 脉动整流机中包含2 个单元,一个是YY 接线,一个是YD 接线),其谐波电流相角几乎可覆盖360 º中的数值。如图2所示,分别显示了各个阀组单元停运时,5 次谐波呈现的相角。图中,标注ab(a=1—4 为单元号,b=Y 或D 指星形或三角形接线方式)指单元a接线方式为b的阀组停运。

图2 各个阀组停运时的谐波电流Fig.2 Harmonic currents during shutdown of each valve group

2.1.2 谐波源传播后相位发生改变

谐波在经过传递后,其相角相对于初始源发生了较大的变化。以董菁、光照光伏电站为例,容量分别为150 MW 及300 MV,这两个大型的光伏电站直接接入500 kV 主网架。在电磁暂态仿真中,其产生的谐波主要为5次、7次谐波,其中5次谐波较为严重。利用南网科研院的电力系统计算分析软件谐波计算模块进行了分析,分别在董菁、光照厂注入了1 p.u. 和2 p.u. 的谐波电流,考虑不同的谐波注入相角,计算在近区站点所产生的谐波电压,结果如表5所示。

表5 各站点的5次谐波电压值Tab.5 5th harmonic voltage values of each station

当上述两个谐波源初相角差约为90 °时,在八河变电站上呈现出最大的叠加效果;当约为135 °时,在金州变电站上呈现出最小的叠加效果(实际相互抵消)。换言之,在初相角差在90~135 °时,两个谐波源在八河和金州变电站呈现出完全相反的效果,这是由于谐波在传输过程中,相位发生了明显的变化。

按照GB/T 14549—1993,多个谐波源在已知相角差时,可按实际的相角进行矢量的叠加;在未知相角差时,按照“合理”的相角差进行叠加,如表6所示。对5 次谐波而言,即按照约50 °的相角差进行叠加。

表6 谐波相角未知时的叠加计算Tab. 6 Superposition calculation when harmonic angle is unknown

但根据上述的分析,该标准似乎已经不再适用。当谐波源众多时,该结果将普遍偏大,但又不能覆盖最恶劣的工况,难以作为分析谐波问题的边界条件。

2.2 线路对谐波的放大效应

主网中的谐波一方面来源于设备本身的非线性激发,另一方面还来源于传输线等设备的谐振补充。在城市电网及地区电网该现象还不明显,但对于动辄几十千米甚至上百千米的500 kV 传输线来说,该现象非常普遍,且在对当前电网造成主要危害的5、7 次谐波上表现明显。其主要的原因是线路的充电电容效应在谐波上能够显著表达。3 条不同电压等级的线路参数如表7所示。

表7 不同电压等级的线路参数示例Tab.7 Example of line parameters for different voltage levels

在基频时,输电线路∏形模型的对地电容容抗值为线路电抗值的几十倍到数百倍,因此一般可以忽略充电电容效应,线路首末端功率基本一致。但对于N次谐波,其线路容抗将减少至原来的1/N,线路电抗增大至原来的N倍,两者比值将减少至原有的1/N2。以表7 的数据为例,110 kV 线路在30次,220 kV 线路在14 次,500 kV 线路在5 次谐波下,线路对地电容容抗值与线路电抗数值上处于同一数量级,具备发生串联或并联谐振条件。

为叙述方便采用集中式∏形线路模型,如图3所示,分布参数模型下具有类似的情况。当线路左侧的系统阻抗较低同时右侧具有谐波电流源时,线路左侧电容被近乎短路,右侧的电容与线路电抗发送并联谐振,导致在线路及左侧系统中均产生较大的谐波电流,最大为原始的谐波注入电流的数倍甚至十多倍。该谐波电流主要源于线路的谐振,为无功电流。

图3 线路∏形模型谐振示例Fig.3 Example of line π model resonance

当前主网的谐波问题主要在5、7 次谐波,高次谐波水平暂不明显。在110 kV 及以下的配电网中,由于线路较短、充电电容效应不明显,符合谐振条件的谐波次数一般在20 次以上。但在220 kV及以上尤其是500 kV 的主网,5、7 次谐波可以使线路的电抗及容抗在同一尺度范围内具备发生谐振的条件。

2.3 谐波的远距离传播

2020 年3 月2 日,鲁西换流站柔直单元5 次谐波电流过大,现场测量及事后重现分析表明近区交流电网5 次谐波源来源众多,且呈分散分布的特征。其中含量较大的谐波源为“南宁→永安→百色→鲁西”,传输路径距离超过500 km。在该事件中,由于滤波器、柔直单元及近区线路在5 次谐波发生了谐振,导致鲁西换流站近区成为了5 次谐波阻抗低点,全网5 次谐波在此汇聚,相比于低压电网,汇聚效果更为明显。原因包括以下两个方面。

1)高压传输线的阻抗较小,更利于谐波的传递。如表7 所示,同等距离下,500 kV 传输线阻抗仅为110 kV的1/29,为220 kV的1/6。

2)终端的入地谐波电流,绝大部分为传输过程中由于线路谐振所产生的“补充”谐波电流,而非原始的谐波注入源。即谐波在传播过程中极端情况下存在不断补充能量的现象。

综合上述现象及机理分析,谐波在主网层中显示出3 个显著的特性:众多分散的谐波在主网站点中汇聚、叠加,形成高于各个分散源的谐波电压;500 kV 高压线路的充电电容效应在5、7 次低次谐波上能够明显表达,由于线路充电电容对容性无功的补充,导致对谐波具有放大作用;由于高压输电网的阻抗较低,导致了谐波在输电网中能够远距离地传输。上述现象与配电网谐波具有显著差异。

3 主网的谐波治理

不少研究对谐波的治理提出了相关的方案,但主要集中于配电网层面[20-21],对主网而言,谐波治理也有3 个途径,从源头、途径以及末端进行综合治理。

1)源头治理,从谐波源本身出发,使谐波源减少产生谐波。采用电解铝多整流机并联、设备采用PWM 调制等措施均属于该类,或通过控制减少谐波源[22-25]。

2)途径处理,从谐波传输的路径上对其进行滤除和阻断,使其无法进行远距离、跨电压等级传播。

3)末端治理,提高受谐波影响的设备的耐受能力、抗干扰能力。对主网而言,即提升柔直换流阀、换流变、常直滤波器等主网设备对谐波的承受能力。

基于“谁污染、谁治理”的原则,从源头进行治理是业界公认的基础措施。加强源头治理,排查非线性谐波污染用户,在低电压等级用户侧进行治理,避免谐波源传递到更高电压等级电网的工作持续开展中。例如新建设的新能源场站、大型工业整流负荷在及升压变、降压变35 kV 侧配备滤波器,以减少谐波注入为行之有效的方法之一。

谐波源头治理是长久持续的工作,然而现状是比例不少的主网变电站已经存在事实上的谐波电压偏高现象,并且存在分散源头在变电站汇聚导致的超标现象。单单依靠源头治理已经无法保障主网层的安全可靠运行,多次的事故事件显示主网层的谐波治理已经迫在眉睫。

关于主网层的谐波治理,业界提出了多种不同的技术方案。包括:1)在变电站的35 kV 侧加装(改造)滤波器,以防止地区电网谐波电流上送至主网;2)在谐波源较大的变电站的500 kV 侧加装滤波器,以本地消纳地区电网的谐波;3)利用STATCOM 的快速调节能力,将其改造成为低次谐波的有源滤波器;4)在谐波耐受水平较低的设备上,加装滤波器以降低谐波电压水平;5)破坏谐波在传输线上的谐波放大效应,通过改变滤波器的投切策略、改变线路的接线方法等改变系统的阻抗网络。

其中方案5)一定程度上限制了系统的运行方式,只能作为临时措施针对特定的案例特事特办,本文不再详细讨论。其余方案共同点是在谐波传输的路径通道上提供对地低阻抗通路,使其尽快入地,避免在主网层进行传播。主要的设备为RLC串并联产生的低次谐波无源滤波器,或是电力电子设备控制产生的有源滤波器。各方案不同之处在于其加装在主网层的位置不同。

本文以鲁西换流站云南侧近区为例,对加装不同位置的效果进行了分析。云南鲁西近区存在大量的整流型工业负荷,谐波源较为集中。正常情况下谐波含量不大,但少量工况下整流机非完整运行时能够产生一定的谐波。该片区地广人稀,存在大量100 km以上的长距离输电线,在低次谐波上存在较强的充电电容效应与谐振条件。鲁西换流站的常直滤波器及柔直单元为主网层主要的谐波“受害者”,该片区为主网谐波问题的典型反映。鲁西换流站有3个方向的入口,如图4所示。

图4 鲁西近区接线示意图Fig.4 Wiring diagram of Luxi near area

考虑在鲁西换流站近区的枢纽站500 kV 侧、工业负荷集中上送的天星站220 kV 侧及35 kV 侧加装适当的滤波器。为使得滤波器能有较好的效果,滤波器在特定次谐波上的阻抗值应越小越好。但过小的阻抗将导致流经滤波器的谐波电流过大。根据相关的设计条件,以下述定值进行分析:在满足定值条件下滤波器在5 次谐波上的阻抗值为500 kV-150 Ω左右,220 kV-16 Ω左右,为避免在该次谐波上与系统发生谐振,角度按0 °控制。但由于制造工艺及误差,上述数值可能有偏差,角度可能偏离0 °。本文着重研究5 次谐波,所设计的滤波器为5次谐波单调谐,容量参考天星站低容的配置60 Mvar,避免由于加装滤波器导致无功严重不平衡,组数为1~2组。

考虑到该片区对谐波承受能力最弱为鲁西换流站,计算分析了近区各站点上送5 次谐波时,在鲁西换流站所产生的谐波电压,如表8 所示。表中以现有当前状态(无5 次滤波器时)进行了归一化处理。此外,该数值为多种运行方式下的平均值。从表中可以看到,在“受害”站点附近加装滤波器,只能一定程度拦截源自该方向的谐波,对其他方向的谐波作用不大。此外,部分工况下不但没有抑制效果,反而造成“受害”站点承受更大的谐波。在本例中,分析了多种工况下起到反作用的比例及最不利的情况,如表9及表10所示。

表8 鲁西近区加装滤波器效果Tab.8 Effect of adding filter in Luxi near area

表9 不同位置滤波器不利结果统计(不利结果的比例)Tab.9 Statistics of adverse results of filters at different positions(proportion of adverse results)

表10 不同位置滤波器不利结果统计(最不利结果的倍数)Tab.10 Statistics of adverse results of filters at different positions(mutiple of the most unfavorable result)

从机理上,该反作用的原因为图3 在实际系统中的反映。天星站加装滤波器后,相当于在天星站人为制造5 次谐波阻抗低点,即如图3 所示的左侧接地点。天星-鲁西的线路长度134 km,5次谐波下充电电容效应相当明显。源自圭山、曲靖方向的谐波相当于在图3 右侧注入谐波。在上述条件下,发生了一定程度的谐振,导致图3 右侧(即鲁西站)谐波电压抬升。但由于没有达到完全谐振的条件,只呈现出30%~40%幅度的升高。因此在“受害”站点附近加装滤波器,排除其他因素(如场地限制、改造投入、过渡阶段的送电安排等),最适宜的位置应为“受害”站点本身。

若考虑在谐波源集中的地区电网上送主变的中低压侧进行滤波,以防止地区电网谐波上送,即相当于在图5 中的B/C点加装滤波器。图中的参数为某750 MVA变压器的实际星形接线参数。

图5 主变5次谐波的阻抗示意图Fig.5 Impedance diagram of 5th harmonic of transformer

考虑系统在不同条件下(不同负荷水平、滤波器投入等)的效果,如表11 所示,表中数值为在B点注入相同的谐波电流后,在A点测量的谐波电压,并以无滤波器时的谐波电压进行归一化。

表11 主变高压侧与中压侧加装滤波器对比Tab.11 Comparison of adding filter at HV side and MV side of transformers

在不同的系统条件下,220 kV侧投入一组滤波器即能够有效拦截本地的谐波上送至主网,效果堪比在500 kV 侧加装2 组滤波器。但综合对比表8,该方案仅能对该地区的谐波进行滤除,对主网其他地区的谐波几乎无效果。因此220 kV 方案仅适用于改善本地的谐波电压。

若考虑在35 kV 侧加装(改造)以适应滤波条件,仍以图5的参数为例。若要达到220 kV 侧加装滤波器的效果,由于B点C点间阻抗较小,可认为在C点的对地支路阻抗需与B点的基本一致。根据上文,220 kV 侧单组滤波器阻值为16 Ω 左右(标幺值约0.03 p.u.),由于此处为大负荷点,4 台主变均需投入1 组电容,则低压支路5 次谐波阻抗需满足:

式中:Ztran为变压器低压支路阻抗值;Zc为低容阻抗值。二者共同构成低压对地支路。式(1)要求单个低容的容抗为:Zc=-0.247 5 j,折算为串抗率约为1%。此时投入3 个低容时低压支路阻抗较低,可以为5 次谐波提供滤波通路。但低容平常状态下是作为调压的手段,若投入1 组低容时,整个低压支路呈现容性特性,且量级与系统侧的阻抗基本一致,高压支路(含系统)及低压支路存在发生谐振的风险。因此,低容的串抗率最低不能少于2%。但在2%的串抗率下,仅投入1组时阻抗仅为0.035 8 j,若考虑站点500 kV 侧5次谐波电压畸变率达到目前测量较大值1.6%,不利工况简化分析下(如图5 左侧轻载或断开,谐波电流将大部分注入低压支路)流入变压器低压支路的电流为:0.016/(0.072 5+0.035 8)=0.148 p. u.,换算为有名值为:0.148×1 650 A=244 A。低容上的5 次谐波电压为0.024(2.4%),刚好达到国标的上限。叠加其他次数的谐波时,谐波电流将更大。按照GB 1094.1—2013[26]第4节4.2“正常使用条件中对电源电压波形和负载电流谐波含量有如下规定:负载电流总谐波含量不超过额定电流的5%”的要求,对于天星站35 kV 侧为(334/ 3 /35 × 0.05 = 0.275 kA),该方案基本已经达到或者超过国标的上限。另外,谐波对变压器自身会产生发热温升等负面影响,目前变压器的厂内试验仅在50 Hz 下进行,未考虑长期谐波下的发热、温升对寿命的影响。变压器是变电站内关键设备,如果考虑在低压侧装设滤波器,需要对变压器进行特殊设计,同时需要对变压器的谐波耐受能力进行试验验证。

此外,常规设计中采用部分5%和部分12%的串抗率的低容是依据:国标《GB 50227—2008 并联电容器装置设计规范》[27]第5.5.2 条“为了抑制谐波放大,电抗率配置原则是:使电容器组接入处的综合谐波阻抗呈感性。根据电网背景谐波,电抗率配置范围如下:(2)当电网背景谐波为3 次及以上时,电抗率配置有两种方案:全部电容器组的电抗率都按12.0%配置;或采用4.5%~5.0%与12.0%两种电抗率进行组合。”;中国工程建设标准化协会《并联电容器用串联电抗器设计选择标准(CECS32∶91)》[28]第3.1.3 条“为抑制5 次及以上谐波电压放大,宜选用电抗率为4.5%~6%的电抗器;抑制3次及以上谐波电压放大,宜选用电抗率为12%~13%的电抗器。”之要求。若更改低容的串抗率,将使得低容丧失上述的能力,有可能导致35 kV 侧的谐波电压超国标要求。

综合上述分析,在主网层加装滤波器,以阻断谐波在主网层的远距离传输。在不考虑改造难度、造价条件、工期等其他外部因素的影响外,现阶段应对当前困境最佳的方案为遵循“谁受害、谁治理”的原则,在受害站点直接加装或改造滤波器。在附近站点的500 kV 侧加装滤波器,存在效果不佳甚至有反作用的风险;在谐波源集中注入的地区电网220 kV加装,仅对该地区的谐波有滤除作用,对主网层的作用有限;在主变的35 kV 低压侧进行滤波,存在谐波电流过大、低压侧谐波电压超标的风险。

然而上述的技术方案将导致换流站成为该次谐波的低阻抗接地点,吸纳近区的谐波流向并汇聚于换流站,存在一定的负面影响,包括:1)谐波的远距离传输加大了沿途设备的损耗及风险;2)仅靠少量的滤波器来给整个片区治理谐波可靠性较差,一旦失效无后备手段;3)仅靠少量滤波器进行滤波对该滤波器的性能和定值要求较高,且效果可能不佳。

从长远来看,可考虑多种措施并举:1)持续推进谐波源头的治理;2)地区谐波较大的区域在当地主变的220 kV 侧或者500 kV 侧加装滤波器(包括有源滤波器),就地滤除;3)未来的新建主网站点尤其是新能源和大型工业负荷接入主变考虑全面加装5、7次滤波器,分层分区地进行谐波的治理。

4 结论

面对新型电力系统建设背景下大量新能源接入后的主网谐波问题,本文分析了主网层主要的谐波来源,辨识了导致主网谐波超标的关键因素,并对可能的对策进行了探索研究。主要的结论如下。

1)谐波在主网层中显示出3 个显著的特性:众多分散的谐波在主网站点中汇聚、叠加,形成高于各个分散源的谐波电压;高压线路的充电电容效应在低次谐波上能够明显表达,导致对谐波具有放大作用;由于高压输电网的阻抗较低,导致了谐波在输电网中能够远距离地传输。

2)谐波治理遵循“谁污染、谁治理”的原则进行源头管控是基础工作。但面对当前的实际形势,应急的最佳治理措施为“谁受害、谁治理”的原则,在谐波耐受水平较低的站点加装滤波器,以改善其谐波问题。在其余站点加装滤波器存在治理效果单一、或者有反作用的风险。

3)从长远来看,“谁受害、谁治理”的原则仍存在较大的缺陷,应考虑采取综合的措施,从源头、地区电网、新建主网站点进行谐波的治理。

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