張淼 國網(wǎng)天津東麗供電公司 劉聰 國網(wǎng)天津檢修公司

一、電力諧波的產(chǎn)生及危害

（一）諧波的產(chǎn)生

電能是現(xiàn)代化社會發(fā)展中使用最為廣泛的能源，其影響范圍極廣，既影響電網(wǎng)運(yùn)行安全，又影響受電端設(shè)備的正常使用。通常，電能質(zhì)量通過電壓質(zhì)量體現(xiàn)，電能質(zhì)量的好壞可以通過比較理想電壓與實(shí)際電壓的偏差來度量。理想電壓應(yīng)當(dāng)是平滑的正弦波（余弦波）且頻率為工頻，但系統(tǒng)中接入的發(fā)電機(jī)、變壓器及電力電子器件等設(shè)備，常產(chǎn)生沖擊波或高次諧波，加之負(fù)荷性質(zhì)的不確定性，常會對電網(wǎng)產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致出現(xiàn)了影響電力系統(tǒng)運(yùn)行、電力設(shè)備正常工作和供電安全的諧波問題。在實(shí)際系統(tǒng)中，電力諧波往往不是由單一擾動源引發(fā)的，而是由電網(wǎng)中的所有擾動源共同疊加的效果。

（二）諧波危害

諧波的產(chǎn)生會造成電網(wǎng)的電能質(zhì)量變差、影響用電設(shè)備，同時(shí)干擾周圍的通訊系統(tǒng)，給電網(wǎng)和接入電網(wǎng)的各類負(fù)荷帶來惡劣影響，縮短使用壽命、增加能耗，甚至導(dǎo)致用電事故發(fā)生，造成人員傷亡。通過實(shí)際檢測研究發(fā)現(xiàn)，諧波主要危害有波形畸變、影響電網(wǎng)運(yùn)行、儀器儀表誤動、變壓器使用年限縮短、網(wǎng)絡(luò)線損增加、繼電保護(hù)裝置誤動作等。

二、電力諧波責(zé)任劃分

非線性設(shè)備、沖擊性負(fù)荷的增多，產(chǎn)生大量非對稱、瞬時(shí)波動性且分布極為廣泛的諧波，使電能質(zhì)量面臨日益嚴(yán)峻的考驗(yàn)。加之我國目前正在運(yùn)營的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，遠(yuǎn)景規(guī)劃接入高比例分布式電源，這些會加劇電力系統(tǒng)的高次諧波，導(dǎo)致電能質(zhì)量問題愈演愈烈。因此，如何有效減輕諧波污染，提高電能質(zhì)量是當(dāng)前電網(wǎng)面對的巨大挑戰(zhàn)。針對這個(gè)問題，結(jié)合我國電網(wǎng)發(fā)展水平，特別制定了諧波管理標(biāo)準(zhǔn)，但由于尚無法準(zhǔn)確劃分系統(tǒng)和用戶（多方用戶分別作為獨(dú)立個(gè)體）各自的責(zé)任，導(dǎo)致諧波管理存在諸多待解決難題。因此如何劃分提取各方諧波責(zé)任，再依次追究相關(guān)各方責(zé)任，是未來研究的重點(diǎn)。

實(shí)際電網(wǎng)中，系統(tǒng)側(cè)發(fā)電機(jī)、變壓器和用戶側(cè)接入的非線性、沖擊性負(fù)荷都會作為諧波源向公共連接點(diǎn)發(fā)射諧波，影響電能質(zhì)量。通常來講，諧波畸變是由系統(tǒng)側(cè)諧波和用戶側(cè)諧波疊加產(chǎn)生的，但是并不能直接判斷每個(gè)諧波源的貢獻(xiàn)度，首先需要評估并劃分不同諧波源的諧波責(zé)任。

在實(shí)際量化過程中，一般電網(wǎng)等效為諾頓等效電路，將諧波發(fā)射方簡化為“系統(tǒng)側(cè)”“用戶側(cè)”。通過合理劃分并計(jì)算系統(tǒng)及用戶的諧波發(fā)射水平，再確定兩方的諧波責(zé)任，為后續(xù)諧波治理提供可靠依據(jù)。電路圖如圖1。

圖1 諧波源貢獻(xiàn)度量化時(shí)諾頓等效電路

為有效控制進(jìn)入電網(wǎng)的諧波量，引用國際上的“獎(jiǎng)懲機(jī)制”，以避免電能質(zhì)量糾紛。即明確電能質(zhì)量合格范圍，若電網(wǎng)側(cè)提供的電能質(zhì)量不佳，用戶應(yīng)得到賠償；若用戶側(cè)產(chǎn)生的諧波污染超出限值，則接受處罰；若用戶主動采取措施降低己方的諧波污染，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)獎(jiǎng)勵(lì)。這項(xiàng)機(jī)制可激勵(lì)各方從根本上減小諧波“發(fā)射”，積極選取合適的濾波裝置來抑制諧波“排放”，但實(shí)現(xiàn)的前提是準(zhǔn)確劃分電力系統(tǒng)中各方的諧波責(zé)任。

三、諧波貢獻(xiàn)度量化

諧波貢獻(xiàn)度量化的方法分為“干預(yù)式”和“非干預(yù)式”?！案深A(yù)式”是主動向公共連接點(diǎn)添加人工擾動，例如注入諧波電流、通斷某支路或啟停某負(fù)荷，分別測量添加前后公共連接點(diǎn)諧波數(shù)值，再通過計(jì)算就可以得到該人工擾動的諧波貢獻(xiàn)度，計(jì)算簡單，但不利于電力系統(tǒng)穩(wěn)定?！胺歉深A(yù)式”方法是利用負(fù)荷自身的波動，既貼近于系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行，又保證了系統(tǒng)安全運(yùn)行，多采用該方式。下面就國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，介紹3種諧波貢獻(xiàn)度量化的方法。

（一）基于參考阻抗的方法

基于參考阻抗的方法是以諾頓等效電路為基礎(chǔ)，利用標(biāo)量疊加方式和電路疊加原理進(jìn)行計(jì)算。采用諧波電流源等效替代的方式表現(xiàn)阻抗的變化。根據(jù)設(shè)定的各方諧波參考阻抗，構(gòu)成全新的計(jì)及阻抗變化的諾頓等效電路。利用公共連接點(diǎn)的諧波電壓、電流值和諧波參考阻抗列寫回路方程，計(jì)算出各方的諧波貢獻(xiàn)。

阻抗的變化就是兩側(cè)的實(shí)際阻抗與參考阻抗的差值，其對公共連接點(diǎn)諧波畸變的影響可以直觀地體現(xiàn)在公共連接點(diǎn)諧波測量值中，有助于得到更準(zhǔn)確的貢獻(xiàn)度量化值。該方法的難點(diǎn)在于合理確定雙方諧波阻抗的參考值。

（二）基于獨(dú)立隨機(jī)矢量求和的方法

利用“干預(yù)式”方法分別獲取用戶開機(jī)和停機(jī)時(shí)段公共連接點(diǎn)對應(yīng)的某次諧波電壓樣本，它們之間的變化量即該用戶對公共連接點(diǎn)的諧波貢獻(xiàn)度。通過隨機(jī)矢量求和的方法計(jì)算出用戶諧波發(fā)射水平的95%概率值，直觀簡便，有完整的理論性。但該方法的前提是分別采樣得到用戶開機(jī)和停機(jī)時(shí)段公共連接點(diǎn)對應(yīng)的諧波樣本，具有明顯的弊端，不利于電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)在某些特殊情況下，完全不具有可行性。

（三）基于實(shí)測阻抗的計(jì)算

依據(jù)諾頓等效電路，可以直接測量公共連接點(diǎn)諧波電壓、電流值，基于實(shí)測阻抗的方法是對已知數(shù)據(jù)的進(jìn)行分析和處理，以得到諧波阻抗計(jì)算值。又因?yàn)橐话闱闆r下用戶諧波阻抗變化較大，同時(shí)在非諧振條件下，用戶側(cè)諧波阻抗值理論上遠(yuǎn)大于系統(tǒng)側(cè)，因此準(zhǔn)確計(jì)算系統(tǒng)諧波阻抗值是劃分公共連接點(diǎn)各方諧波貢獻(xiàn)度的關(guān)鍵?，F(xiàn)有的思路主要有：回歸思想、波動量思想、小波分析思想和概率統(tǒng)計(jì)思想等。

前文簡單介紹了3種諧波貢獻(xiàn)度量化方法，并講解了各種方法原理及優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)綜合比較，基于實(shí)測阻抗計(jì)算的方法，應(yīng)用前景更可觀，具體不再贅述。

四、電力諧波責(zé)任劃分的重要意義

本文以電力系統(tǒng)中的諧波問題為出發(fā)點(diǎn)，提出諧波責(zé)任劃分的概念，用以劃分各諧波源產(chǎn)生成的諧波污染程度，用諧波貢獻(xiàn)度指標(biāo)加以量化。通過合理劃分諧波責(zé)任引起各方重視，督促各方積極整改。

綜合來講，進(jìn)行諧波責(zé)任劃分的具體意義如下：

1.當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生由諧波畸變引發(fā)的事故時(shí)，諧波責(zé)任劃分可以作為診斷和量化雙方經(jīng)濟(jì)賠償責(zé)任的有效依據(jù)，促進(jìn)諧波治理“獎(jiǎng)懲機(jī)制”的實(shí)施。

2.在諧波責(zé)任劃分的過程中能準(zhǔn)確獲得系統(tǒng)諧波阻抗和背景諧波的相關(guān)信息，一方面可以作為無功補(bǔ)償和諧波抑制的參考，另一方面也可以提前設(shè)定用戶側(cè)諧波發(fā)射水平限值。

3.通過責(zé)任劃分，督促用戶主動改進(jìn)設(shè)備、加裝濾波器，積極消除自身諧波對電網(wǎng)的影響，而供電公司（系統(tǒng)側(cè)）通過系列措施改進(jìn)主網(wǎng)電能質(zhì)量，共同營造綠色智能電網(wǎng)。