【摘 要】當(dāng)前社會，隨著電子產(chǎn)品的普及，人們對電的依賴越來越嚴(yán)重，電在給人們帶來便利的同時也產(chǎn)生了一些副作用。電力諧波就是其中的一種，本文首先介紹了傳統(tǒng)電力諧波產(chǎn)生的原因及其危害，然后提出傳統(tǒng)電力諧波的治理方法，最后提出無源濾波器設(shè)計與優(yōu)化。論述解決電力諧波的優(yōu)化方法，以期對后面的研究者提供幫助。

【關(guān)鍵詞】并聯(lián)混合型；無源濾波器；設(shè)計優(yōu)化

引言：當(dāng)前，隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，無論是生活上還是工業(yè)上，人們都已經(jīng)離不開電的需求。電在給我們的生活生產(chǎn)方式帶來便利的同時，也出現(xiàn)了一些問題。由于基波電流發(fā)生畸變產(chǎn)生電力諧波就是其中主要的一種，作為電生產(chǎn)過程中的一個副產(chǎn)品，電力諧波會使得發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備的銅損失和鐵損失增加，使電力設(shè)備因?yàn)殚L期過量發(fā)熱導(dǎo)致?lián)p壞，使電力設(shè)備達(dá)不到應(yīng)有的設(shè)備使用年限，造成浪費(fèi)。而且，容易發(fā)生電網(wǎng)線損增加，局部過熱，電線老化速度加快等現(xiàn)象，給廣大人民的生命財產(chǎn)安全造成威脅。因此必須對諧波進(jìn)行處理，使其諧波分量能夠達(dá)到國家的標(biāo)準(zhǔn)。

1電力諧波產(chǎn)生的原因

1.1發(fā)電源產(chǎn)生電力諧波

要想讓發(fā)電機(jī)不產(chǎn)生諧波，就得保證三相繞組絕對對稱，但是因?yàn)榧夹g(shù)難度大以及發(fā)電機(jī)中的三相繞組制作工藝復(fù)雜導(dǎo)致很難做到。而且，讓鐵芯做到絕對的均勻也不是一件容易的事情。因此，發(fā)電機(jī)在發(fā)電的時候會產(chǎn)生有害的電力諧波。

1.2輸配電過程產(chǎn)生電力諧波

在電力運(yùn)輸和分配的過程中，經(jīng)常會利用高壓傳送低壓分配電力的方式傳送到用戶手中。因此在這一過程中少不了一個重要的電力電壓轉(zhuǎn)換設(shè)備變壓器。因?yàn)樽儔浩鲾?shù)量眾多，不得不考慮經(jīng)濟(jì)性，在設(shè)計變壓器的時候，工作磁密往往不在磁化曲線的完全飽和度上而是維持在一個近似飽和的程度，那么問題就隨之而來，磁化產(chǎn)生的電流波形變?yōu)榧忭斝螤?。因此，在變壓器進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換的過程中會產(chǎn)生有害的電力諧波，主要以奇次諧波為主。其中磁路的結(jié)構(gòu)以及磁密的飽和程度會對諧波的大小產(chǎn)生影響。

1.3用電器產(chǎn)生電力諧波

用電器產(chǎn)生諧波的種類很多，包括的范圍也比較廣泛，主要分為三種類型。變頻裝置，這種設(shè)備產(chǎn)生的電力諧波因?yàn)椴捎孟辔豢刂频脑驅(qū)е鲁煞址浅?fù)雜，除了常見的電力諧波外，還包括分?jǐn)?shù)電力諧波，而且，隨著功率和變頻調(diào)速的變大，產(chǎn)生的電力諧波危害也逐漸變大。電梯就是最具有代表性產(chǎn)生電力諧波的變頻裝置。氣體類電源燈，它們具有很強(qiáng)的非線性，容易產(chǎn)生奇次電力諧波。常用的家用電器也是產(chǎn)生電力諧波的重要一部分，盡管他們單個產(chǎn)生的電力諧波數(shù)量不多，但是家用電器的總量非常夸張，因此由家用電器產(chǎn)生的電力諧波數(shù)量也不容小覷。

2電力諧波的危害

電力諧波在國家規(guī)定的范圍內(nèi)，所能造成的影響非常小，不會產(chǎn)生什么危害。但是一旦諧波超過國家所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值，將產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果。舉個簡單的例子，工廠內(nèi)使用少量節(jié)能燈會產(chǎn)生良好的收益，既節(jié)約電費(fèi)，又提高照明效率。但是倘若不進(jìn)行電力諧波處理又使用大量的節(jié)能燈后不僅起不到節(jié)約資本、增強(qiáng)照明的效果，反而還會因?yàn)榇罅抗?jié)能燈產(chǎn)生諧波引起局部電網(wǎng)發(fā)熱，損害節(jié)能燈，浪費(fèi)電費(fèi)。電力諧波的危害在工廠中還主要體現(xiàn)在會對工廠精密的儀器造成影響，產(chǎn)生誤差，產(chǎn)生實(shí)際用電量和用電顯示量不相符合的現(xiàn)象。繼電器會因?yàn)殡娏χC波的存在失去它的保護(hù)作用。電機(jī)等帶線圈設(shè)備會因?yàn)殡娏χC波的存在導(dǎo)致不能達(dá)到額定功率，造成資源的浪費(fèi)。接入該電網(wǎng)中的各種設(shè)備都會因?yàn)殡娋W(wǎng)局部過熱造成損耗加快，甚至發(fā)生失火，對人們的生命財產(chǎn)安全而言具有嚴(yán)重的威脅。

3傳統(tǒng)電力諧波治理方法

3.1無源電力濾波器

無源電力濾波器就是將電容器和電抗器進(jìn)行串聯(lián)后，將其構(gòu)成的串聯(lián)電路并聯(lián)到處理諧波設(shè)備中。然后對需要處理的諧波次諧振點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，達(dá)到濾除諧波的目的。無源電力濾波器最大的優(yōu)點(diǎn)就是它的成本非常低，能夠滿足一般用戶的需求，多流通于私有的中小型企業(yè)當(dāng)中。中小型企業(yè)管理者對于諧波的危害認(rèn)識大多不足，不會動用大量的公司財產(chǎn)來對這種看不見的電力諧波危害進(jìn)行專門的治理。但是無源電力濾波器濾波的效果一般，通常為低壓電力諧波的處理方式。由于其價格便宜，國家對電力諧波管控嚴(yán)格，盡管處理效果不好，但為了避免罰款，一些中小型企業(yè)仍然會選擇用無源電力濾波器處理電力諧波。

3.2有源濾波器

有源諧波濾除器是以無源電力濾波器為雛形進(jìn)行開發(fā)設(shè)計的，有源諧波濾除器是在使用電力電子元件的情況下形成電路。其原理主要是抵消電力諧波，即通過有源諧波濾除器產(chǎn)生與原有電力諧波同頻同幅但是相反的電力諧波對供電設(shè)備以及用電設(shè)備產(chǎn)生的電力諧波進(jìn)行中和，達(dá)到去除電力諧波的目的，它最大的優(yōu)點(diǎn)就是對電力諧波的過濾效果非常好，在特定的條件下，甚至能夠達(dá)到完全過濾的效果。但是，其設(shè)備安裝的要求很高，制作技術(shù)也相對來說比較復(fù)雜，受到電力電子元件的限制。中小型企業(yè)一般不會使用這種昂貴的有源諧波濾出器，通常是在受電力諧波影響較大的計算機(jī)以及使用較多的供電系統(tǒng)中使用這種有源諧波濾除器。

4無源濾波器優(yōu)化設(shè)計

4.1設(shè)計理念

電力諧波的產(chǎn)生通常是因?yàn)樵谶M(jìn)行電氣設(shè)計的時候電諧波的處理方法不夠優(yōu)化造成的，要想減少電力諧波出現(xiàn)的機(jī)會，就得從源頭開始，做好頂層設(shè)計。根據(jù)電力諧波產(chǎn)生的原因可知，在發(fā)電過程中產(chǎn)生的電力諧波最多、危害最大。而且，電力諧波在進(jìn)行處理的時候要想達(dá)到最優(yōu)的處理效果，沒有一個固定的處理方法，要根據(jù)實(shí)地的測試情況，進(jìn)行多目標(biāo)的最優(yōu)化求解過程，不能采用一次得出解決方案永久使用的方法。據(jù)此本文對無源濾波器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

并聯(lián)混合型有源濾波器系統(tǒng)結(jié)合了無源電力濾波器和有源濾波器二者的優(yōu)點(diǎn)，本文的結(jié)構(gòu)設(shè)計是在二者的結(jié)合上提出優(yōu)化方案。用來達(dá)到減少電力諧波出現(xiàn)的目的。對于并聯(lián)混合型有源濾波器系統(tǒng)而言，不但具有無源電力濾波器的優(yōu)點(diǎn)，同時還具有有源濾波器的特點(diǎn)，可以說是對二者優(yōu)點(diǎn)的有效結(jié)合，但是在該系統(tǒng)中，也有一些問題需要解決。比如，對于補(bǔ)償裝置的多元化功能，有緣電力濾波器就無法完成這個任務(wù)。為了解決這個棘手的問題，在實(shí)際的應(yīng)用中，達(dá)到中和電力諧波的目的，應(yīng)該對混合型有源電力濾波器進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)行并聯(lián)操作，利用無源濾波器完成補(bǔ)償，從而達(dá)到中和大多數(shù)電力諧波的目的。這樣有源電力濾波器所需處理的電力諧波數(shù)量就會大大減少。單調(diào)諧支的數(shù)量越多，補(bǔ)償裝置的容量就會減少許多，但是這樣會使所需的成本大大提升，不能滿足經(jīng)濟(jì)效益的原則，本文中采用兩條支路的方案，既經(jīng)濟(jì)又能滿足要求。在實(shí)際情況的處理中要在考慮經(jīng)濟(jì)效益和處理效果的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇。

結(jié)束語：在近年來的發(fā)展過程中能夠明顯發(fā)現(xiàn)，在供電系統(tǒng)以及用電設(shè)備方面，諧波帶來的危害越來越強(qiáng)，已經(jīng)引起了人們的普遍重視。傳統(tǒng)的治理方法存在著一定的不足，并聯(lián)混合型有源電力濾波器成為電力諧波治理的主要治理措施，對治理諧波危害明顯。本文主要針對其中的無源濾波器部分進(jìn)行設(shè)計與優(yōu)化。希望通過本文的研究能夠在一定程度上減少諧波造成的危害，讓電能更好的為人們服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣正榮，孫振坤，陳浩男，張勁東.串聯(lián)混合型有源濾波器研究現(xiàn)狀及展望[J].磁性材料及器件，2019，50（03）：58-62.

[2]李廣兵，蒲玉興.并聯(lián)型有源電力濾波器新型諧波檢測方法研究[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2018，39（04）：7-11.

作者簡介：

賀運(yùn)禮，男，山東單縣，漢，1981年8月，大專，研究方向：電力電子。

（作者單位：山東華天電氣有限公司）