有关电力谐波的分析和治理讨论

有关电力谐波的分析和治理讨论

申高峰

申高峰

（杭州昊美科技有限公司浙江杭州310031）

摘要：在19世纪70年代，发明了电力，电力是以电能作为动力的能源。由此，电力的发明和应用掀起了第二次工业化高潮，从此科技改变了人们的生活。电网上各种非线性用电设备的大量使用，以及冲击性负荷的运用，因此，带来了严重的谐波污染和功率因数的明显降低，危害用电设备和通信系统的稳定运行，对于长远的发展是不利的，所以，我们采用何种谐波治理措施，由此，以三相四线制为案例来探讨谐波治理问题。

关键词：电力谐波；问题；治理措施

在电工技术工程领域中，比如：谐波是一个数学或物理学概念，是指周期函数或周期性的波形中能用常数、与原函数的最小正周期相同的正弦函数和余弦函数的线性组合表达的部分。谐波可分为整数次谐波和分数谐波。谐波可分为整数次谐波和分数谐波。

一、导致电力谐波出现的因素

电力谐波出现的原因很多，这里主要介绍两种：（1）可控硅整流器、变压器等非线性电流电压类器械导致谐波的出现，是形成电力谐波的主要原因，这种负荷主要来自发电机、输配电系统以及用电设备。（2）中顿炉、变频器设备等逆变负荷，这将有可能形成整数次谐波和分数谐波两种形式的谐波。

发电机是产生谐波的一个来源，因为在发电机设备中的三相励磁绕组并非是严格的对称，因此磁极磁场也并不会严格按照正弦分布，导致出现谐波，想解决由此形成的谐波，就需要使发电机始终保持输出具有基波频率的正弦电压。输配电系统也是谐波的主要来源之一，因为电力变压器当中的铁芯具有非线性特性，再加上在其设计中的问题，使电力变压器成为输配电系统中形成谐波的最直接最主要的设备。

在变频装置中，会出现两种形式的谐波，其形成因素的分析是非常复杂的，变频装置中设备的功率很大，形成的谐波也会随着变频的增加而增多。在现今的供电系统中，一些具有调压整流装置的家用电器如洗衣机、电视机、灯具、空调等，在使用过程中会出现偏大的谐波振幅，这些家用电器成为供电系统中谐波产生的重要来源。产生谐波的负荷是谐波产生的直接原因，电网的短路容量、内部组织以及电网中其余来源的负荷是谐波产生的间接原因，但也不可忽视。就目前情况来看，非线性用电设备容量增幅较大，因此，我国电力领域专业人士需要加大对谐波监督和治理工作的研究。

二、电力谐波治理

1、合理安排供配电系统。供配电系统的设计问题是减少电力谐波产生的重要出发点，在设计过程中，应坚持科学、严谨的态度，以当前研究认定的标准为准则，采取先进的科学技术，主要工作有：运用科学仪器分析测量电网谐波，在设计前和设计过程中严格审查实际状况。在选取设备的过程中，要分析实际状况，审查谐波污染程度。在此基础上精确分析谐波污染产生源，在治理过程中，加大资金投入。

2、电力电容器中的谐波治理。在供配电系统中，要想减少谐波的产生，就需要减弱投切电容器时而产生的瞬态电压，为此可以启用选相断路器来完成此项工作。电力电容器在运行过程中，若遇到系统其余部位产生的谐波，就会采取相应的保护措施，最为明显的就是放大某次谐波电流，这就给系统运行的稳定带来巨大的威胁。对于这种状况，首先要做的就是在电力回路当中将滤波电抗器串联在一起，这样可以有效减少谐波产生的频率。

3、安装滤波器。安装滤波器是治理谐波污染的又一有力武器，滤波器主要有两个种类：无源滤波器和有源滤波器。现今市场流行使用的无源滤波器主要是由电力电容器、电抗器和电阻这几个成分组合而成，但在投入使用时，会将其与谐波源并联在一起，这样可以最大限度地发挥其滤波的价值，无源滤波器的优势较为明显，价格不高，构造简单，维护过程中操作简便，能够有效过滤掉高次谐波。有源滤波器，简称APF，作为当前最有实力的检测和控制系统，具有突出的高实时性，反应灵敏，能够快速察觉电网中电流的变化，并及时跟随电网谐波电流的变化而采取相应的应对措施，它的优势可以总结为：无需分析负荷谐波频率，仅仅依靠供配电系统中产生的谐波，敏锐地采取措施；由于它自身设计上的优势，无需考虑它是否会过载的问题；与电源设备的运行方式融洽结合，无需考虑相背离的状况；可以在第一时间做出反应，瞬时补充谐波。

三、有关三相四线制中APF对于谐波的治理

APF融合了先进技术核心，将电力电子自动控制、高速计算机等优势融合其中，运用于谐波治理工作具有较强的针对性和现实性。它建立在精确测量下的负荷电流谐波含量指数的基础之上，运用逆变器，使产生的谐波电流与系统中谐波电流大小相同，但相位相反，这样的谐波电流进入电网后，可以与其中已存在的谐波相抵消。

1、瞬时无功理论。瞬时无功能理论结合先进的实践经验，在APF谐波检测运作过程中发挥巨大作用。瞬时无功理论中的某些理论成果是严格以三相平衡为前提的，所以也只适用于三相三线的接线方式。在三相三线制的运作当中，如果三相电流出现失衡状况，在公共回路当中就会有所反应，如会有少量的电流产生，在这种情况下，三相当中就会不自觉地引进基波与各次谐波的零序分量，若出现此种状况，瞬时无功理论就失去了存在的前提。在国内电力研究领域当中，三相四线这种最普遍使用的接线方式是主要研究对象，近几年的研究也不断实现新突破，零序电流分离在电力研究者当中获得了一致好评，值得加大研究力度，并大力推广。

2、有关三相四线制当中零线电流的控制。在三相四线制当中，APF的巨大功用不仅体现在对三相电流进行谐波补偿，在系统运作当中，它还需要进行对零线谐波电流的补偿，对于零线电流的控制，步骤较为复杂，电力研究人员根据实践情况研究出较多的抑制方式，其中四桥臂式是提高灵活性的有效方式，四桥臂式对于电网中谐波的产生有较好的控制效果，而且在中线补偿方面取得突出成果。

3、电力系统各环节的延时问题。在控制不当的情况下，系统中各个环节易出现延时状况，如何降低各环节延时状况产生的频率，使通过仪器检测出的电流信号与实际状况完全相符，是关系到APF功能最大化的重大问题。

三相四线制的电力系统当中，若出现延时将影响电网运作的主要环节有三个：三相四线零序分离延时、IGBT死区延时、数字处理延时，将并联型APF系统作为主要研究对象，可以采取以下方式减少延时：采用先进互感器，此种互感器应具有相应补偿功能；启用微处理器；缩短电力系统采样审查周期；加快控制信号的更新频率；选取适宜的开关设备，最大限度缩短死区时间；启用有效的预测方式。

四、结语

近年来，由于社会对于电力的需求增大，以及新型电器的不断产生，对电力系统的要求也越来越高，谐波污染是亟待解决的问题之一，污染也越来越不容忽视，因此，我们要抑制电网中的谐波电流，提高功率因数，节省电费，降低电压，改善电能质量。最终还要研究出一套新理论去解决电力谐波治理的问题。

参考文献：

[1]朱丹红，王宝平.谈高线厂的谐波治理[J].变频器世界，2010（07）.

[2]冯菊梅，王娟，黄鹏洲，马鑫.谐波治理与节能[J].智能建筑电气技术，2012（04）.

[3]李秋华.浅析谐波治理技术及在变电站中的应用[J].信息系统工程，2014（01）.

作者简介：

申高峰：男；汉；信息系统项目管理师；本科；供职单位：杭州昊美科技有限公司；