多谐波源的集中治理

摘 要

长期以来谐波治理受到用户和供电部门的广泛关注。谐波往往是多个谐波源共同作用的结果，多谐波源的集中治理非常重要。本文分析了谐波的产生原因与危害，并从多谐波源的集中治理时谐波潮流的计算和滤波器容量确定、谐波隔离等方面探讨了多谐波源的集中治理措施。

【关键词】电力系统 谐波治理 滤波器 谐波的隔离

1 谐波的产生与危害

谐波往往是多个谐波源共同作用的结果，谐波的出现主要是由于波形畸变造成的，也就是系统中所加电压与产生的电流不呈线性关系引起的。电网中的谐波源有两大类：一种是包括半导体元件的各式各样电力电子设备，诸如晶闸管可控开关设备与多类整流、逆变装置，这些设备根据某些规律开闭不同电路，把谐波电流送进电网；一种是包括电弧和铁磁非线性设备的谐波源，诸如铁心设备、电弧炉和荧光灯。我们日常家用电器设备就属于上面讲到的两种谐波源，但是因为它的虽容量小特别容易被忽视，事实上，家用电器数量多，叠加起来引发的谐波源影响是巨大的。除此之外，就电力系统三相供电而言，三相不平衡负荷同样是谐波源，它的存在造成了电力系统的电流和电压波形产生畸变。

随着科技的发展，用户对各类变频节能设备的使用，众多地区电网谐波污染破坏重大。严重的谐波电压和谐波电流能导致继电保护和自动控制设备的误动作，产生附加损耗，降低输电效率，甚至损坏设备，还因其非线性特性，影响电度计量的准确性。据权威部门统计，在我国每年有近数百亿元的损失是谐波电压和谐波电流引起的。因此，谐波已逐渐成为影响电网稳定运行、劣化电能质量的潜在威胁。

2 多谐波源的集中治理

2.1 谐波潮流的计算和滤波器容量确定

2.1.1 谐波注入量

进行多谐波源的集中治理时，在供电母线设滤波器的情况下，它的谐波注入量应当分两部进行计入：

（1）谐波性质及其在供电区以内的发生量。

（2）在投入滤波器之后，和它链接在一起的各变电所通过各电压等级线路和变压器传递的谐波量。

2.1.2 谐波潮流计算和滤波容量确定

对谐波潮流进行计算之前，需要实现对区域电网谐波全面测试，从而明确的掌握本区域最大谐波发生量，以及对应的性质和分布。对本区域的谐波潮流计算网络数据进行收集整理，掌握装设滤波器的变电所需要的无功补偿量，并谐波总注入量与性质为依据明确滤波器的容量以及支路分配获取的初始参数。通过对谐波潮流进行计算，得出各点的谐波水平和滤波器承载的电流和电压。对于滤波器参数不能按一次确定，应当进行多次计算与修订，从而得出最优的滤波效益，降低设备成本。在最后确定工程实施参数的过程中，要明确滤波器容量确定和调谐点设置等方面和单个谐波源的治理是不一样的，滤波器容量的最终确定必须将各种电网方式下不过载考量在内，正确设置调谐点可以避免过度吸收供电区外的谐波的发生。

2.2 在谐波源处吸收谐波电流

2.2.1 无源滤波器

无源滤波器的成本不高，单从造价方面考虑，此种方式是经济合理且使用较多的一种方式。一般情况下，它利用电抗器、电阻器和电容器合理组合，在系统中为谐波提供一并联低阻通路，发挥滤波功效。但是决定滤波特性的因素只要在系统和滤波器的阻抗比，这种方式只能消除特定的几次谐波，并且会使其它次谐波的负面影响进行放大；在特定情况下可能与系统发生谐振，并且因电容器组无功功率补偿能力与公共连接点电压平方成正比关系，补偿效果适得其反；谐波电流增大时，滤波器负担随之加重，可能造成滤波器过载；有效材料消耗多，体积大。

2.2.2 有源滤波器

APF的控制主要由谐波信号的检测和补偿分量的产生两大部分组成。APF通过检测电路检测出电网中电流电压的畸变部分，然后采用某种控制方式控制功率电路产生相应的补偿电流分量，并注入到电网中，以达到消谐的目的。APF滤波特性不受系统阻抗影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；与无源滤波器相比，具有高度可控性和快速响应性，不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变、补偿无功；性价经较为合理；另外，APF具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波。以与补偿对象连接方式分类，APF可分为串联型、并联型、混合型、串―并联型。

2.2.3 防止并联电容器组对谐波的放大

在电网中并联电容器组起改善功率因数和调节电压的作用。当谐波存在时，在一定的参数下电容器组会对谐波起放大作用，危及电容器本身和附近电气设备的安全。可采取串联电抗器，或将电容器组的某些支路改为滤波器，还可以采取限定电容器组的投入容量，避免电容器对谐波的放大。

2.3 谐波的隔离

非线性用电设备产生的谐波，它不仅直接影响到本级电网，而且经过变压器后，还会影响到上几级电网。如何把这些非线性用电设备产生的谐波不影响或少影响其他几级电网，这也是谐波治理的一个基本方法。这一方法在电网中广泛采用，发电机发出的电能经过Y/Δ、Y0/Δ、Y0/Y等接线组别的变压器，把发电机产生的三次、九次等零序分量的谐波与上级电网隔离开来，因此在110kV以上高压电网上，三、九次谐波分量很小，几乎是零。而10kV由于大多数配变为Y/Y0接线，35kV也有少量Y/Y0接线的直配变，因此在10kV和35kV系统中三、九次谐波分量会比高压电网大。

3 多谐波源的综合治理方案

在供电系统中进行谐波治理有不少困难，如非线性负荷不是24小时平稳运行的，因此谐波也是在变化的。所以采用24小时平稳运行的一个或几个固定的KYLB无源滤波器的投切，不可能和非线性负荷变动进行同步。KYYLB有源滤波是谐波治理的发展方向。但目前由于功率电子元件容量做不大、电压做不高，而且成本很高，因此在现阶段不可能大量推广应用。在具体工程设计中，应根据用电负荷的特点制定合理可行的配置方案：

（1）将KYYLB有源滤波器和KYLB无源滤波器配合使用。

（2）对于大功率的谐波源，在谐波源处治理（可安装性能较好的有源滤波器），对于小功率的非线性负载安装性能一般的无源滤波器。

（3）根据需要，在母线上安装谐波滤波器，消除母线上的谐波电流。

参考文献

[1]张建平，张帆.区域电网谐波分层控制和多谐波源集中治理[C].第三届电能质量（国际）研讨会，2006.

[2]李丽格.电力系统谐波治理相关技术研究[D].电气工程：浙江大学，2011.

作者单位

上虞电力电容器有限公司 浙江省绍兴市 312352