劉金寶

摘 要：當前電網(wǎng)運行過程中，諧波、功率因數(shù)下降及電磁干擾作為三大公害對電力系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生了較大的影響，嚴重時還會對電氣設(shè)備的正常運行帶來較大的威脅。這三大公害的存在嚴重影響著電力系統(tǒng)運行的可靠性。特別是近年來諧波的影響在不斷加劇，因此需要對諧波及其來源進行分析，明確諧波可能對電力系統(tǒng)帶來的危害，從而提出切實可行的措施來抑制諧波的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；諧波；來源；危害；抑制方法

前言

近年來電力電子技術(shù)得以廣泛的應用，無論是家用電器還是變流裝置在應用過程中都會導致供電系統(tǒng)非線性負載大幅度增加，從而導致電網(wǎng)產(chǎn)生大量的高次諧波。這些諧波在電力系統(tǒng)中存在，當運行時間較長時，則會導致能量損耗、變壓器過熱及絕緣老化等現(xiàn)象發(fā)生，從而使電力系統(tǒng)處于不安全的運行狀態(tài)，因此需要針對電力系統(tǒng)運行過程中諧波的來源及危害，從而對諧波采取有效的抑制方法，確保電網(wǎng)能夠安全、穩(wěn)定的運行。

1 諧波定義及特征

1.1 供電系統(tǒng)諧波的定義

當對供電系統(tǒng)運行過程中的周期性非正弦電量進行分解時，所得到的分量一部分與電網(wǎng)基波頻率相同，另一部分分量大于電網(wǎng)基波頻率，因此將這部分電量稱為諧波。諧波次數(shù)則是諧波頻率與基波頻率的比值。在電網(wǎng)運行過程中，也存在著一些非整數(shù)倍諧波，即非諧波或是分數(shù)諧波。諧波對于電網(wǎng)運行過程中的干擾因素，會對正常運行的電力系統(tǒng)帶來一定的干擾，影響電力系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。

1.2 電力諧波的特征

在電力系統(tǒng)運行過程中，在理想狀態(tài)下，三相交流發(fā)電機所發(fā)出來的電壓波形為正弦波形，即在只有線性元件的簡單電路里其電流和電壓則會呈現(xiàn)為正比例的關(guān)系，而所流運的電流也是正弦波。但在供電系統(tǒng)實際運行過程中，非線性負荷的存在具有不可避免性，這也就導致電流和電壓無法呈現(xiàn)出線性關(guān)系，從而導致非正弦電流產(chǎn)生，而負荷圖形也都屬于非對稱性。在負荷不斷變化下，負荷圖形的斜率也會隨之而發(fā)生改變。而且對于任何壩基性的波形來講，都可以將其進行分解，會得到一個基頻正弦和許多諧波頻率的正弦。通常情況下，諧波頻率為基頻的整倍數(shù)，而且當電流波形出現(xiàn)畸變時，還會有多次諧波產(chǎn)生。對于所產(chǎn)生的諧波，其電流量與電網(wǎng)的參數(shù)并不存在什么關(guān)系，主要由諧波源設(shè)備本身的特性及工作狀況決定，可將其視為恒流源。各種晶閘管電路上所產(chǎn)生的諧波稱為該電流的特征諧波，主要取決于電路的形式。

2 電力系統(tǒng)中諧波的來源

2.1 發(fā)電環(huán)節(jié)

長期以來各國根據(jù)自身的能源資源構(gòu)成多采用火力、炎力及核能等形式來進行發(fā)電。但近年來化石資源短缺的現(xiàn)象日益嚴重，能源危機不斷加劇，在這種情況下，人們對綠色新能源更加青睞，一些清潔、無污染及可再生的綠色能源開始在發(fā)電系統(tǒng)中進行就用，多以風能、太陽能及燃料電池等為主。利用這些種類能源進行發(fā)電時其發(fā)電形式多以非正弦及非工頻的形式為主，這就需要在將其接入電網(wǎng)過程中需要毛毛蟲用電力電子電能轉(zhuǎn)換裝置，將這些電源進行轉(zhuǎn)換，以正弦及工頻的交流電源形式從而使不同頻率的電源及電網(wǎng)能夠處于同步運行。但在這種過程中，如由變頻裝置來將風能接入電網(wǎng)時，則需要由變頻裝置裝一定數(shù)量的諧波注入到電網(wǎng)中，這則會導致電網(wǎng)中諧波來源越來越復雜化。另外，發(fā)電機三相繞組及鐵芯等在運行過程中也不可處于完全一致性，不可避免的會有諧波產(chǎn)生。

2.2 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。

2.3 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)品越來越被廣泛應用，它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。

3 電力系統(tǒng)中諧波的危害

電力系統(tǒng)中諧波的存在對電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性帶來了較為嚴重的影響，直接威脅電力系統(tǒng)發(fā)供電設(shè)備正常的運行。在電力系統(tǒng)輸電線路中，諧波的產(chǎn)生會導致網(wǎng)損產(chǎn)生，同時還會導致電能傳輸效率降低，嚴重影響電網(wǎng)中電壓質(zhì)量。而且在輸電線路運行過程中，由于存在畸變的諧波，則會導致各種不同種類的繼電器有誤動作及不動作的現(xiàn)象發(fā)生，不利于供配電系統(tǒng)運行的安全性。當諧波存時，變壓器和電動機運行過程中繞組及鐵芯線圈會存在額外發(fā)熱的情況，導致?lián)p耗增加，對其使用壽命具有較大的影響。而且諧波存時，還會對計算機和通訊系統(tǒng)的正常運行帶來不同程度的干擾，使其工作的精度受到影響，甚至導致畫面出現(xiàn)畸變，使畫面質(zhì)量下降。而且隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，儀器開始向更高精度的方向發(fā)展，控制系統(tǒng)越來越復雜化，人們對電網(wǎng)質(zhì)量的要求不斷提升，這也會導致諧波的危害更加明顯，諧波會成為當前我國工業(yè)快速發(fā)展的重要阻力，使工業(yè)發(fā)生過程中會有巨大的經(jīng)濟損失產(chǎn)生。

4 電力系統(tǒng)中諧波的抑制方法

當前電力系統(tǒng)中為了能夠有效的對諧波進行抑制，通常會通過二種方法來進行，即安裝諧波補償裝置和對電力設(shè)備進行改造。

首先，安裝諧波補償裝置。這是一種補救性措施，通常是將諧波補償裝置安裝在已經(jīng)產(chǎn)生諧波的設(shè)備和系統(tǒng)中，補償裝置以無源濾波器、有源濾波器及混合型有源濾波器為主。當前應用最廣的當屬于無源濾波器，其不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且費用較低。近年來隨著濾波技術(shù)的快速發(fā)展，有源濾波器得到產(chǎn)生，其主要是通過對諧波電流進行檢測，然后將與檢測諧波大小電波相同及相位相反的諧振波電流注入到系統(tǒng)中，兩個諧波電流在相互抵銷過程中確保了系統(tǒng)能夠安全、正常的運行。將無源濾波器和有源濾波器的優(yōu)點有效的綜合在一起，從而形成混合型有源濾波器，不僅可以實現(xiàn)諧波的快速補償，而且可以實現(xiàn)對諧波進行過濾及無功補償，確保了濾波補償效率的提升。

其次，改造電力設(shè)備。這是一種防御性措施，在電氣工程設(shè)計時就對諧波因素進行充分考慮，從而采取有效措施來實現(xiàn)對諧振波進行控制，盡管這種對電力設(shè)備進行改造的方法無法完全消除諧波，但對于諧波的產(chǎn)生能夠產(chǎn)生一定的抑制作用，減輕諧波所帶來的危害。

5 結(jié)束語

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)備的廣泛應用，諧波的危害作用將會愈加凸顯，其表現(xiàn)形式會更加復雜，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。

參考文獻

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