电网谐波的抑制与治理措施

摘要：随着经济的发展，工商业、服务业及居民用电对电网供电质量提出了更高的要求。因此，研究谐波的产生机理与治理措施，对改善电能质量和确保电力系统安全经济运行有着现实和积极的意义。文章重点介绍了电网谐波的抑制与治理措施，以供同行参考。

关键词：电网谐波，抑制，治理

中图分类号：TH132.43 文献标识码：A

前言

随着非线性电力设备的广泛使用，电力系统的谐波问题会越来越严重，谐波的治理工作也越来越紧迫。电网谐波的治理是一个系统工程，首先电力电子产品的制造商应生产附合要求的产品，在源头降低电网谐波量。同时，积极使用补偿装置消除电网中的谐波量，保证电网的电能质量，减少电能损失，提高电网效率。

一、配网中谐波的来源

电力网络中发电、输电、配电、用电等都是产生谐波的来源。对配网中谐波的来源有一个准确且详细的把握,对研究谐波的防治具有重要作用。三相变压器的铁芯中相比边相短,造成了三个磁路不对称,铁心不一致,引起变压器的励磁电流含有谐波分量。在实际电网运行中,谐波分量是非常小的,但因为变压器的绕组接法以及各绕组和电网各相的连接统一规定,最终电网中每台变压器的励磁电流的同次谐波累积在一起,成为谐波的重要来源。一些常见的生活、生产用电,例如电机、电脑等采用开关电源或其他电力电子技术的装置,表面来看,其产生的谐波极小,但由于其数量的庞大,其影响也不容小觑。

二、危害

公用电网电压应该是一个单一的,固定的频率和电压幅值。公用电网的谐波电流和谐波电压的出现是一种的污染,这种污染使的电气设备的所在环境劣化,妨碍周围的其他设备。笔者总了谐波对公用电网的危害,有以下几项:

1、导致线路短路

电网谐波将使测量仪表、计量装置产生误差,达不到正确指示及计量(计量仪表的误差主要反映在电能表上)。断路器开断谐波含量较高的电流时,断路器的遮断能力将大大降低,造成电弧重燃,发生短路,甚至断路器爆炸。

2、对电力系统中主要电气元件的危害。

电力系统中主要的电气元件有电容器组和整换流装置，谐波会引起电容器局部放电，加速电容器介质老化，缩短使用寿命。 在一定条件下，谐波极易与无功补偿电容器组发生谐振或谐波放大，从而导致电容器因过负荷或过电压而损坏; 交流电网的电压畸变可能引起常规变流器控制角的触发脉冲间隔不等，并通过正反馈放大系统的电压畸变，使整流器的工作不稳定，对逆变器，则可能发生连续的换相失败而无法正常工作，甚至损坏换相设备。

3、对继电保护和电气测量仪表的影响。

谐波会改变继电保护的性能，引起继电保护误动作或紊乱。 工业中的大多数电气测量仪表是按照工频正弦波来设计的，有谐波时，会产生测量误差。

4、对通信系统的干扰。

谐波对通信系统的干扰，小则产生噪音，降低通信的质量，严重时会丢失信息；基波和谐波的共同作用，可能会触发电话响铃，危及设备和操作人员安全。

5、对其他设备的影响。

电压互感器因谐振损坏;电视机图像模糊，翻滚;收音机声音不清晰有杂音;断路器开关能力降低;录波系统出现丢失波形，波形异常等现象。

6、降低设备的工作效率

在电网中的电气设备产生的附加的损耗(谐波功率),降低了设备的效率,谐波会影响设备的正常运行,如电容器、电缆和其他设备过热,变压器局部严重过热,引起电机机械振动,绝缘部分老化、变质,严重时候甚至损坏设备。谐波电压和谐波电流不进行治理是无法自然消除的,因此大量谐波电压电流在电网中积累叠加,增加了线路的损耗,电力设备过热,从而增加了电力运行的成本,增加了电费的支出。

三、谐波检测技术

1、模拟滤波器

优点:原理和电路结构简单，造价低，能滤除一些固有频率的谐波，输出阻抗低，品质因素易于控制。缺点:滤波器中心频率易受外界环境的影响，难以获得理想的幅频特性和相频特性，当电网频率发生波动时， 大量的基波分量会包含在检测出的谐波分量中。 此种方法目前使用的可能性很小。

2、基于快速傅里叶变换的检测方法

优点:测量精度较高，计算速度快。

缺点:计算时间长，计算量大，检测结果实时性较差，当信号频率和采样频率不一致时会出现频谱泄漏效应和栅栏效应；计算出的相位误差很大，需要使用锁相器来锁定信号频率和采样频率的同步。

3、基于小波变化的检测方法

小波分析是近代应用数学中迅速发展的一个新领域，它包含了现代分析学中诸如泛函分析、数值分析、傅里叶分析、样条分析、调和分析等众多分析方法的精华。

优点:克服了傅里叶变换在频域完全局部性，而在时域完全无局部性的缺点，能够准确把握信号的局部细节，计算精度高，可以分析稳态信号、暂态的时变信号，还可以检测动态型和突发型的谐波。

缺点:窗口能量不集中造成频谱混叠，引起测量误差，只能检测基波和谐波，算法复杂，运算速度慢，实时性差。

4、神经网络检测方法

神经网络是一种从不同角度、 功能来模拟动物神经的技术，由大量处理单元广泛互联而成，基于现代神经生物学和认知科学对人类信息研究成果的网络。

优点:实时性好，计算量小，检测精度高，对数据流长度的敏感性低于 FFT。

缺点:理想的训练样本提取困难，影响了网络的训练速度和训练质量；网络结构不易优化，隐含层节点的选取带有一定的盲目性。

5、基于同步测定的检测方法

它用于改善单相电路的传输电流波形和功率因数， 使补偿后的线路传输电流和电源电压波形相同、相位相等。

优点:信号干扰能力强、波形跟踪快，可实现对三相不平衡系统无功和谐波电流的检测，还能校正功率因数，减少线路损耗，平衡线路电流。

缺点:时延较大，电路波形发生畸变时将影响检测精度，不能单独检测无功电流和谐波电流，也不能获得各次的谐波含有率，从而限制了其应用范围。

四、有效手段

既然谐波存在多方面的危害,采取必要的有效手段,避免或被补偿已产生的谐波,就显得尤为重要。可归纳以下治理措施:

1.增强分析,正确测量

主管部门加强对电网产生谐波的原因做可靠分析,正确测量,为谐波的防治做好充分的材料准备。在谐波产生频率较高的地方,可定点定时观察,收集相关数据。做好宣传工作,使电力用户对减少控制谐波的产生具有基本的知识储备。

2.加大科技投入

在选择装置和负载时,尽量不选择有谐波的装置或负载,如采用矩阵变频器、整流装置,都可以大大减少或消除谐波。

2.1 LC滤波器(PPF)

它是几种元件按照一定的参数配置一定的拓扑结构连接成的滤波装置，组成包括电容元件、电感元件、电阻元件。 结构简单，设备投资少，运行可靠性较高，运行费用低，但是补偿性受电网阻抗变化和运行状态的影响，只能对特定次的谐波进行补偿。

2.2混合型有源滤波器(HAPF)

混合型有源滤波器将无源滤波器的低成本和有源滤波器的优良性能相结合，同时具备 PPF 和 APF 的优点，采取一定的控制方式后，可使负荷的谐波电流由APF 来提供，负荷的基波无功功率由 PPF 来提供。

2.3有源无源混合滤波器

将二种滤波器相结合构成的混合型滤波器，用APF 来补偿冲击性无功和低频变化的谐波，用 PPF 补偿和吸收缓慢变化的无功功率和高频谐波，它是目前电能质量研究的热点。

结语

电网运行的安全可靠,与人身安全、生产施工安全有着密不可分的关系。谐波的存在必然会对电网产生影响,一旦发生事故将造成经济甚至精神的损失。因此,我们需要在电网系统的管理与运作的时候,加强监控,操作规范,并选择合适的装置来尽量减少甚至避免谐波的不良影响,提高供电的质量,对维护电网的安全高效提供保障。

参考文献

[1] 王庆祥.电网谐波的产生及其检测方法分析[J].现代电子技术，2009，(09)

[2] 张金凤.电网谐波危害与抑制[J].科技视界，2012，(08)