李學智

摘 要：電力系統(tǒng)中的諧波與功率因數(shù)下降、電磁干擾共同構(gòu)成電力系統(tǒng)的三大公害，它嚴重影響著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性， 降低了系統(tǒng)的運行效率，甚至威脅著電網(wǎng)電氣設(shè)備的正常運行，給用戶及用電設(shè)備的安全造成危害。本文主要介紹了電力系統(tǒng)中諧波的來源及危害，并簡述了目前解決諧波問題的幾種抑制方法，展望了當今輸電技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；諧波；危害；抑制方法

1 電力系統(tǒng)中諧波的來源

電力系統(tǒng)當中，從發(fā)電到輸電，再到用電，各個環(huán)節(jié)都可能成為諧波的來源，只是他們在表現(xiàn)形式上有所差別。

1.1 發(fā)電環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)的發(fā)電形式主要還是依靠火力發(fā)電、水力發(fā)電和核能發(fā)電為主，具體的比重因各國的能源資源的構(gòu)成不同而異。而隨著化石能源的日益短缺，能源耗盡危機的不斷加重，人們開始追求清潔的、無污染的、可再生的綠色新能源。對于發(fā)電系統(tǒng)來說，可再生的綠色發(fā)電形式主要是風能發(fā)電、太陽能發(fā)電、燃料電池發(fā)電等，這些發(fā)電形式大多以非正弦、非工頻的形式供電，而想要接入傳統(tǒng)的公用電網(wǎng)，必須通過電力電子電能轉(zhuǎn)換裝置將非正弦、非工頻的電源轉(zhuǎn)換為正弦、工頻的交流電源，從而實現(xiàn)不同頻率的電源或電網(wǎng)的同步運行。。比如在輸送風電的過程中，一般采用變頻裝置將風電接人電網(wǎng)，在此過程中，變頻裝置將會向電網(wǎng)注入一定數(shù)量的諧波，使得電網(wǎng)諧波來源更加復(fù)雜。除此之外，在發(fā)電機方面，由于發(fā)電機的三相繞組不可能制作的完全對稱，鐵芯也不可能完全的均勻一致，因此也會有諧波的產(chǎn)生，當然，由此產(chǎn)生的諧波通常影響很小。

1.2 輸配電環(huán)節(jié)

隨著柔性交流輸電技術(shù)和高壓直流輸電技術(shù)的快速發(fā)展，大量的電力電子裝置被引入電力系統(tǒng)中，比如用于提供無功功率補償功能的靜態(tài)無功補償器、用于提高輸電線路輸電容量和改善線路運行情況的可控串聯(lián)補償裝置以及用于高壓直流輸電技術(shù)的高壓直流換流器等，這些電力電子裝置雖然靈活的控制了電網(wǎng)的運行，保證電能安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟、高效的輸送，但由其產(chǎn)生的諧波給電力系統(tǒng)帶來了不小的副作用。

1.3 用電環(huán)節(jié)

隨著電力電子技術(shù)的長足發(fā)展，一些大功率的開關(guān)器件構(gòu)成的新型電器產(chǎn)品越來越被廣泛應(yīng)用，他們大多采用非正弦的電流方式用電，對于電力系統(tǒng)來講屬于非線性負載，其在節(jié)能方面確實產(chǎn)生了一定的作用，但是，這些以非正弦電流方式用電的新型非線性負載已經(jīng)成為當今電力負載中最主要的諧波源。他們主要包括，由可控硅、IGBT構(gòu)成的焊接電源、開關(guān)電源、充電裝置等整流設(shè)備、采用相位控制的變頻裝置、非線性伏安特性的氣體放電設(shè)備、以及具有調(diào)壓整流裝置的家用電器等。

2 電力系統(tǒng)中諧波的危害

電力系統(tǒng)中的諧波與功率因數(shù)下降、電磁干擾共同構(gòu)成電力系統(tǒng)的三大公害，它嚴重影響著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，危害著電力系統(tǒng)的發(fā)供電設(shè)備的正常運行。對于輸電線路來講，產(chǎn)生的諧波電流會在輸電線路中產(chǎn)生網(wǎng)損，降低電能傳輸?shù)男?，由諧波電流在輸電線路中產(chǎn)生的電壓壓降，降低了電網(wǎng)中的電壓質(zhì)量；對于輸電線路中的電氣裝置來講，特別是電磁式、感應(yīng)式和晶體管式繼電器，畸變的諧波會使其產(chǎn)生誤動作或者不動作，將嚴重的影響著供配電系統(tǒng)的正常運行，而具有電磁繞組及鐵芯的變壓器和電動機由于諧波的存在將會使繞組和鐵芯線圈額外發(fā)熱，增加損耗，降低了其使用的壽命；對用電設(shè)備來講，諧波會對計算機、通訊系統(tǒng)等產(chǎn)生干擾，影響其工作精度，會使電視機或其他顯示設(shè)備的畫面產(chǎn)生畸變，影響畫面質(zhì)量。除此之外，隨著科技的進步，電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，更高精度的儀器和復(fù)雜的控制系統(tǒng)對電網(wǎng)的質(zhì)量的要求會越來越高，這將會使得諧波的危害越來越明顯，這不僅會對我國工業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失，更會嚴重的阻礙著我國工業(yè)水平的進步。

3 電力系統(tǒng)中諧波的抑制方法

現(xiàn)代電氣抑制諧波的方法主要分兩種，一種是為諧波源安裝諧波補償裝置，一種是對電力設(shè)備進行改造，使其不產(chǎn)生或者產(chǎn)生不超限額的諧波。

安裝諧波補償裝置屬于補救性措施，即在已經(jīng)產(chǎn)生諧波的設(shè)備或系統(tǒng)中加裝諧波補償裝置，這樣的補償裝置主要包括三種，一種是由LC組成的無源濾波器，一種是有源濾波器，一種是混合型有源濾波器。無源濾波器結(jié)構(gòu)簡單、費用低、容易實現(xiàn)，是應(yīng)用范圍最廣的手段，它的工作原理是將LC電路調(diào)諧到與諧波相同的電流頻率并產(chǎn)生諧振，然后利用低阻抗的支路將諧波過濾掉。有源濾波器是近幾年才得到快速發(fā)展的一種濾波技術(shù)，它是通過檢測諧波電流，然后再向系統(tǒng)中注入一個與檢測的諧波電流大小相同、相位相反的諧波電流，兩個諧波電流相互抵消達到了系統(tǒng)的正常運行。混合型有源濾波器是綜合了無源濾波器和有源濾波器的優(yōu)點發(fā)展起來的，有源濾波器用來快速地補償諧波，而無源濾波器可以同時進行諧波過濾和無功補償，提高了濾波補償?shù)男省?/p>

對電力設(shè)備進行改造屬于防御性措施，目的是在電氣工程設(shè)計方面就充分考慮諧波的問題，盡可能的減少諧波的產(chǎn)生，或者將諧波控制在一定限額內(nèi)。實踐中發(fā)現(xiàn)，對電力設(shè)備的改造不可能完全的消除諧波，其危害依然會存在。

4 結(jié)論

就目前的電力系統(tǒng)而言，諧波源存在于發(fā)供用電的各個環(huán)節(jié)，諧波源的存在嚴重影響了電網(wǎng)的質(zhì)量以及運行的穩(wěn)定，隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，各種大功率整流設(shè)備的廣泛應(yīng)用，諧波的危害作用將會愈加凸顯，其表現(xiàn)形式會更加復(fù)雜，造成的經(jīng)濟損失會更加巨大，這是我們的電力系統(tǒng)的必然挑戰(zhàn)，也是我們輸電技術(shù)發(fā)展的重要契機。