電力系統(tǒng)諧波危害產(chǎn)生原理與綜合治理體系的構(gòu)建

陳猛

摘 要：現(xiàn)階段，在國內(nèi)的電力系統(tǒng)中，電力電子裝置的應(yīng)用越來越多。雖然這在一定程度上提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，但諧波污染也隨之加重，由此給系統(tǒng)和用電設(shè)備的正常運行造成了一定的影響?；诖?，首先簡要分析了電力系統(tǒng)中諧波的危害和產(chǎn)生原理，然后對電力系統(tǒng)中諧波綜合治理體系的構(gòu)建進(jìn)行了論述，期望能夠?qū)Υ_保電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運行有所幫助。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；諧波電流；綜合治理；濾波器

中圖分類號：TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.118

1 電力系統(tǒng)中諧波的危害和產(chǎn)生原理

1.1 危害

諧波對電力系統(tǒng)的危害具體體現(xiàn)在如下幾個方面：①電力系統(tǒng)諧波使電網(wǎng)元件產(chǎn)生了附加損耗，易降低發(fā)電效率和輸配電效率，尤其在大量三次諧波流過三相系統(tǒng)的中性線情況下，有可能引發(fā)火災(zāi)事故。②諧波會對電氣設(shè)備的正常運行造成嚴(yán)重影響，不僅增加了電機(jī)的損耗，還會引發(fā)機(jī)械振動和過電壓現(xiàn)象，導(dǎo)致變壓器局部溫度升高。如果電纜、電容器等設(shè)備長期受諧波影響處于過熱狀態(tài)，則會造成設(shè)備絕緣老化，大幅縮短設(shè)備的使用壽命。③由于大部分電氣測量儀表都是按照工頻正弦波形設(shè)計的磁電型和感應(yīng)型儀表，所以電氣測量儀表受諧波的影響較大，會大幅度降低電氣測量儀表的準(zhǔn)確性。除此之外，諧波還會導(dǎo)致繼電器保護(hù)裝置和自動裝置誤動作。④在通信系統(tǒng)中，諧波會對通信信號產(chǎn)生干擾，降低通信質(zhì)量。如果諧波與通信系統(tǒng)極為接近，甚至?xí)?dǎo)致信息丟失，阻礙通信系統(tǒng)的正常運行。⑤目前，電磁環(huán)境生態(tài)的影響已經(jīng)成為了新的研究領(lǐng)域，已有證據(jù)證實，高次諧波會對人、動物和生態(tài)環(huán)境造成一定影響。

1.2 產(chǎn)生原理

在電力系統(tǒng)中，諧波的產(chǎn)生與以下幾個方面的因素有關(guān)：①電源質(zhì)量。電能主要是由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的，因發(fā)電機(jī)內(nèi)部的三相繞組在制作過程中很難絕對對稱，加之鐵芯也無法絕對均勻，所以電源就不可避免地產(chǎn)生了一定的諧波。②輸配電系統(tǒng)。輸配電系統(tǒng)是電網(wǎng)的重要組成部分之一，該系統(tǒng)內(nèi)的電力變壓器是諧波產(chǎn)生的來源之一。因變壓器鐵芯均為飽和狀態(tài)，加之磁化曲線的非線性特征，使工作磁密通常會選在磁化曲線的近飽和段上，由此便會導(dǎo)致磁化電流呈尖頂波形，其中含有奇次波形。此外，變壓器的鐵芯飽和程度越高，其工作點與線性就偏離得越遠(yuǎn)，由此所產(chǎn)生的諧波電流就越大，三次諧波電流能夠達(dá)到額定電流的0.5%左右。③用電設(shè)備。以上兩種諧波源產(chǎn)生的諧波比例相對較小，用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波所占比例較大。由于常規(guī)的用電設(shè)備均具有非線性的特征，所以就算供給其標(biāo)準(zhǔn)的正弦波電壓，也會產(chǎn)生諧波電流，而且這部分諧波會直接注入到電力系統(tǒng)當(dāng)中，從而使系統(tǒng)各處電壓產(chǎn)生一定的諧波分量。

2 諧波綜合治理體系的構(gòu)建

由上述分析可知，諧波對電力系統(tǒng)的危害非常嚴(yán)重。為了減輕諧波的危害，確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠運行，應(yīng)當(dāng)構(gòu)建一套完善的綜合治理體系。通過采取技術(shù)措施和管理措施，雙管齊下，對諧波進(jìn)行有效的防治。

2.1 技術(shù)措施

濾波器是抑制電力系統(tǒng)諧波最有效的設(shè)備之一，較為常用的濾波裝置有以下幾種：①PPE（無緣濾波器）。這種濾波器由電容器、電抗器和電阻器組成，最為突出的特點是結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、便于維護(hù)、投資少、效率高等，可對高次諧波形成低阻抗通道，同時，PPE還具備無功補(bǔ)償功能。雖然PPE的優(yōu)點較多，但缺點也比較明顯，即只能消除特定的幾次諧波，而且對某些次諧波有放大作用，嚴(yán)重時，甚至?xí)鹬C振。②APF（有源濾波器）。這是一種能夠?qū)χC波電流進(jìn)行實時補(bǔ)償?shù)难b置，它的工作原理是借助功率可控的半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)中注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流，使總諧波電流歸零。APF的優(yōu)點是能夠?qū)χC波、無功和負(fù)序分量進(jìn)行實時補(bǔ)償，但該裝置在運行過程中需要承受來自于電網(wǎng)的基波電壓，導(dǎo)致逆變器的容量較大，APF的造價較高。③混合型濾波器。所謂“混合型”，就是將APF和PPF結(jié)合在一起使用，這樣便可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，進(jìn)而達(dá)到有效抑制諧波的目的。鑒于此，在抑制電力系統(tǒng)的諧波時，應(yīng)當(dāng)將混合型濾波器作為首選。

2.2 管理措施

諧波的管理措施主要有：①定期普測電力系統(tǒng)中各變電站的母線電壓畸變率，及時掌握電網(wǎng)諧波污染情況，并對電網(wǎng)諧波的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。②加強(qiáng)對重諧波源用戶的實時監(jiān)控，將諧波在線監(jiān)控裝置安裝在該用戶的電源側(cè)，監(jiān)控諧波在電力系統(tǒng)中的情況。利用在線監(jiān)控系統(tǒng)及時了解諧波電壓、電流情況，一旦諧波電壓、電流超過了預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)值，系統(tǒng)就會自動記錄此次諧波超標(biāo)事件中的超標(biāo)時間、最大值、最小值、平均值等信息，使電力部門掌握諧波情況，及時分析諧波危害，采取應(yīng)對措施。③建立諧波源客戶技術(shù)檔案。技術(shù)檔案中需要記錄信息主要有諧波源設(shè)備的性質(zhì)、類型、容量、接入系統(tǒng)點的短路容量，主接線、電容器、濾波器的相關(guān)參數(shù)，諧波源設(shè)備在采取濾波措施后的效果，諧波源設(shè)備投運后對線路線損的影響以及設(shè)備投運前后線路線損率的對比。當(dāng)諧波源設(shè)備所產(chǎn)生的諧波電流導(dǎo)致公共連接點諧波電壓出現(xiàn)超標(biāo)的狀況時，必須立即采取限制措施。

3 結(jié)束語

綜上所述，對于電力系統(tǒng)而言，諧波電流、電壓屬于一種比較嚴(yán)重的污染，會導(dǎo)致用電設(shè)備所處的環(huán)境惡化，并對通信系統(tǒng)和公用電網(wǎng)以外的設(shè)備造成危害。因此，我們必須了解諧波的產(chǎn)生機(jī)理，然后采取有效的技術(shù)措施和管理措施綜合治理諧波，以此確保電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠運行。

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〔編輯：王霞〕