配電網(wǎng)無功和諧波控制的節(jié)能技術(shù)研究

李雪云　謝笑寒　董新

摘 要：近年來隨著我國綜合國力的不斷提升，科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域也取得了重大突破，我國的電力事業(yè)也在不斷改進(jìn)，但是隨著人們用電需求的增大和對電網(wǎng)系統(tǒng)的高要求，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足日常生活的需要。本文針對這一問題，詳細(xì)闡述無功和諧波定義、電力系統(tǒng)中諧波的危害以及采取的節(jié)能措施。希望對電力系統(tǒng)的改進(jìn)和完善提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：無功和諧波；危害；節(jié)能措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.139

0 引言

節(jié)能環(huán)保問題一直是近年來國家所提倡的，不僅是工業(yè)領(lǐng)域，電力系統(tǒng)同樣要達(dá)到節(jié)能環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)。我國的電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中還不完善，浪費(fèi)資源的現(xiàn)象時有發(fā)生。在配電網(wǎng)中產(chǎn)生的干擾諧波極易破壞電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，再加上無功補(bǔ)償不夠，導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)功率達(dá)不到要求。發(fā)電廠輸送的電力虧損嚴(yán)重的同時電能質(zhì)量也受到嚴(yán)重影響，因此研究諧波的產(chǎn)生及危害，并采取相應(yīng)的防治措施是當(dāng)前我國電力事業(yè)的首要任務(wù)。

1 諧波的定義及其產(chǎn)生原因

（1）諧波的定義。諧波是區(qū)別于正常波段的一類波形，諧波所具有的頻率是正常電流波段所具有頻率的整數(shù)倍，諧波的電量是基波頻率整數(shù)倍電流所產(chǎn)生的，在這個過程中通常伴有傅立葉級數(shù)的分解。廣泛的來說，產(chǎn)生交流電的頻率一般為單一頻率，也被稱作工頻頻率。所以只要是與工頻頻率不在一個波段的波形都被認(rèn)為是諧波，此時諧波的定義已經(jīng)不在局限于原有的單一解釋。因此也演變出分?jǐn)?shù)諧波、簡諧波、次諧波等不同的定論和稱謂。

（2）產(chǎn)生諧波的因素。諧波的產(chǎn)生主要來自于以下三方面：一是發(fā)電機(jī)的質(zhì)量不過關(guān)導(dǎo)致諧波的產(chǎn)生，在三相繞組的制作時如果做不到很好的對稱，鐵芯也會隨之偏離原有的方向。從而產(chǎn)生少量的諧波，影響電力系統(tǒng)運(yùn)行。二是在電能輸送中產(chǎn)生諧波，主要是變壓器鐵芯上的電磁力達(dá)到飽和，再繼續(xù)加大電流的輸送量會使原本的正弦波頂端發(fā)生銳變。鐵芯的飽和越高，正弦波的變化也越大，二次諧波和三次諧波產(chǎn)生頻率也越高。三是用戶處產(chǎn)生的諧波，像洗衣機(jī)、電視等家用電器，本身具有的特性就決定了諧波的產(chǎn)生[1]。

2 無功和諧波在電網(wǎng)中產(chǎn)生的危害

（1）電網(wǎng)質(zhì)量受到嚴(yán)重危害。用戶電網(wǎng)系統(tǒng)中采用的是中性線，中性線在工作中隨著負(fù)載的增大會出現(xiàn)很多三次諧波。三相配電線路中，中性線上會不斷疊加三次諧波，這就會使得中心線上的諧波電流比其他相線上的電流高的多。當(dāng)三次諧波的電壓和電流頻率處于同一個水平線上時，有功功率和無功功率同時產(chǎn)生，兩類功率相互沖突使電壓大大降低，使電網(wǎng)容量遭到破壞。以上情況任意出現(xiàn)一種，都會給電網(wǎng)質(zhì)量帶來嚴(yán)重的危害，影響電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（2）變壓器受到嚴(yán)重影響。變壓器是電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，諧波的產(chǎn)生對變壓器的影響十分巨大。諧波會使變壓器銅和鐵的消耗量大大增多，還會使其受到噪聲污染減少變壓器壽命。諧波的存在不僅會大量消耗銅鐵，還會損耗電阻原件、渦流原件及其他部件。在諧波的干擾下，波形會紊亂變形，變壓器鐵芯的電磁損耗也有所增加[2]。在對變壓器進(jìn)行選擇時，需要確保變壓器有足夠容量能抵抗諧波的干擾。

（3）電動機(jī)受到的嚴(yán)重危害。諧波對電網(wǎng)系統(tǒng)的各個方面都有或多或少的影響，其中對電動機(jī)的損害程度比較嚴(yán)重。諧波的產(chǎn)生會增加電動機(jī)的損耗，使其功率下降的同時產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象，嚴(yán)重的則會燒壞電動機(jī)使電網(wǎng)系統(tǒng)癱瘓。電動機(jī)中還存在負(fù)序諧波，有諧波的產(chǎn)生就會有磁場的運(yùn)轉(zhuǎn)。由于諧波是負(fù)序的，其旋轉(zhuǎn)方向和電動機(jī)正常的旋轉(zhuǎn)方向相互反向，因此會阻止電動機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，削弱電動機(jī)工作效果。當(dāng)諧波電流與電動機(jī)中某個零件頻率達(dá)到一致時會發(fā)生共振現(xiàn)象，使電動機(jī)發(fā)生劇烈振動，產(chǎn)生很大的噪聲[3]。

3 防治和避免無功和諧波采取的措施

（1）調(diào)大整流變壓器相數(shù)。電網(wǎng)系統(tǒng)中的大多數(shù)設(shè)備都具有整流元件，整流元件的存在也會產(chǎn)生相應(yīng)的諧波，無疑使配電網(wǎng)絡(luò)的做功受到影響。擴(kuò)大整流變壓器的相數(shù)或脈動數(shù)，能在一定程度上降低諧波對配電網(wǎng)絡(luò)的影響，這也是工程經(jīng)常用到的手段之一但是該技術(shù)手段所需要的投資較大，一些小型企業(yè)無法負(fù)擔(dān)相關(guān)的費(fèi)用，因此該方法并不能在電力系統(tǒng)的研究中大量普及，該技術(shù)多用于大型電廠的整流裝置。

（2）在技術(shù)支持的條件下盡量提高功率因數(shù)。這里指的功率因數(shù)也是整流器的，在傳統(tǒng)消減諧波的方法中，整流器多重化是常見的方法之一。但是通過多重化組成的整流器在提高功率因數(shù)方面還有一定的局限和缺陷。因此在整理流器開始設(shè)計時就要注意對其本身的材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行仔細(xì)的研究與改造，使電流與電壓在同一相位上，從而達(dá)到提高整流變壓器功率因數(shù)的目的。

（3）采用無源電力濾波器抑制諧波的產(chǎn)生。無源電力濾波器是我國傳統(tǒng)的減少諧波產(chǎn)生的方法，該方法是在諧波產(chǎn)生后在最大程度上進(jìn)行消減和清除。在顯示器上顯示的變形正玄波，通過計算機(jī)經(jīng)過傅里葉變化將倍數(shù)諧波轉(zhuǎn)化為基波或者是倍數(shù)較小的次諧波，再通過一系列的設(shè)備將諧波基本消除。無源濾波器主要由電容器、阻抗等原件組合而成，該設(shè)備主要用于變化不大的配電網(wǎng)絡(luò)中，通過改變阻抗達(dá)到消減諧波的目的[4]。此方法不僅能消除諧波影響還能補(bǔ)充無功功率，價格合理適合廣泛推廣。

4 結(jié)束語

當(dāng)今社會是信息技術(shù)快速發(fā)展的社會，計算機(jī)和各類網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)都不斷運(yùn)用于新的行業(yè)，并得到大力推廣。在配電網(wǎng)絡(luò)中，各種新技術(shù)和設(shè)備的使用更是層出不窮，針對于目前配電網(wǎng)絡(luò)無功和諧波的問題，本文進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。通過介紹諧波的定義、危害及解決措施，在一定程度上達(dá)到節(jié)能減排的目的，也為以后的研究提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱建紅，常偉，潘文霞.具有諧波分頻補(bǔ)償功能級聯(lián)靜止同步補(bǔ)償器[J].電氣傳動，2013（05）.

[2]戴衛(wèi)力，費(fèi)峻濤.電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2015（06）.

[3]武建文，李德成等.電機(jī)現(xiàn)代測試技術(shù)[M].第2版.機(jī)械工業(yè)出版社，2015（10）.

[4]熊杰鋒，李群，袁曉冬等.電力系統(tǒng)諧波和間諧波檢測方法綜述[J].電力系統(tǒng)自動化，2013，37（11）：125-133.