淺談電力系統(tǒng)諧波測(cè)量與防治

肖密波 李麗君 楊豫慶

摘要：電能質(zhì)量的好壞除了用電壓波動(dòng)率和頻率來(lái)衡量外，電壓、電流的波形質(zhì)量也是十分重要的衡量指標(biāo)，目前電力系統(tǒng)諧波危害已經(jīng)引起了各個(gè)部門(mén)的關(guān)注，為了整個(gè)供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量，必須對(duì)諧波進(jìn)行有效的檢測(cè)和治理。

關(guān)鍵詞：電力諧波;檢測(cè);治理

一、前言

目前，諧波與電磁干擾、功率因數(shù)降低被列為電力系統(tǒng)的三大公害，因而了解諧波產(chǎn)生的機(jī)理，研究和清除供配電系統(tǒng)中的高次諧波，對(duì)改于供電質(zhì)量、確保電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有著十分重要的意義。

二、諧波的測(cè)量

2.1電力系統(tǒng)諧波測(cè)量的基本要求

2.1.1諧波測(cè)量方法和數(shù)據(jù)處理必須遵照1993年國(guó)家頒布的標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549—93，即《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》。

2.1.2精度要求。為達(dá)到減少誤差和精確測(cè)量的目的，須制定一些測(cè)量精度，以表示抗御噪聲、雜波等非特征信號(hào)分量的能力。

2.1.3速度要求。要求具有較快的動(dòng)態(tài)跟蹤能力，測(cè)量時(shí)滯性小。

2.1.4魯棒性好。在電力系統(tǒng)的正常、異常運(yùn)行情況下都能測(cè)出諧波。

2.1.5實(shí)踐代價(jià)小。此項(xiàng)要求往往與上述要求相沖突，在實(shí)踐中應(yīng)酌情考慮，在達(dá)到應(yīng)用要求的前提下，應(yīng)力求獲得較高的性能價(jià)格比。

2.2電力系統(tǒng)諧波測(cè)量的基本方法

2.2.1.模擬電路

消除諧波的方法很多，即有主動(dòng)型，又有被動(dòng)型;既有無(wú)源的，也有有源的，還有混合型的，目前較為先進(jìn)的是采用有源電力濾波器。但由于其檢測(cè)環(huán)節(jié)多采用模擬電路，因而造價(jià)較高，且由于模擬帶通濾波器對(duì)頻率和溫度的變化非常敏感，故使其基波幅值誤差很難控制在10%以?xún)?nèi)，嚴(yán)重影響了有源濾波器的控制性能。

2.2.2.傅立葉變換

利用傅立葉變換可在數(shù)字域進(jìn)行諧波檢測(cè)，電力系統(tǒng)的諧波分析，目前大都是通過(guò)該方法實(shí)現(xiàn)的，離散傅立葉變換所需要處理的是經(jīng)過(guò)采樣和A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)，設(shè)待測(cè)信號(hào)為x（t），采樣間隔為t秒，采樣頻率=1/t滿(mǎn)足采樣定理，即大于信號(hào)最高頻率分量的2倍，則采樣信號(hào)為x（nt），并且采樣信號(hào)總是有限長(zhǎng)度的，即n=0，1……N-1。這相當(dāng)于對(duì)無(wú)限長(zhǎng)的信號(hào)做了截?cái)?，因而造成了傅立葉變換的泄露現(xiàn)象，產(chǎn)生誤差。

2.2.3.小波變換

小波變換已廣泛應(yīng)用于信號(hào)分析、語(yǔ)音識(shí)別與合成、自動(dòng)控制、圖象處理與分析等領(lǐng)域。電力諧波是由各種頻率成分合成的、隨機(jī)的、出現(xiàn)和消失都非常突然的信號(hào)，在應(yīng)用離散傅立葉變換進(jìn)行處理受到局限的情況下，可充分發(fā)揮小波變換的優(yōu)勢(shì)。即對(duì)諧波采樣離散后，利用小波變換對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波的精確測(cè)定。小波可以看作是一個(gè)雙窗函數(shù)，對(duì)一信號(hào)進(jìn)行小波變換相當(dāng)于從這一時(shí)頻窗內(nèi)的信息提取信號(hào)。

三、電網(wǎng)中諧波的危害與防治

3.1諧波的危害

3.1.1電力諧波對(duì)輸電線(xiàn)路的影響

諧波電流使輸電線(xiàn)路的電能損耗增加。當(dāng)注入電網(wǎng)的諧波頻率位于在網(wǎng)絡(luò)諧振點(diǎn)附近的諧振區(qū)內(nèi)時(shí)，對(duì)輸電線(xiàn)路和電力電纜線(xiàn)路會(huì)造成絕緣擊穿。

3.1.2諧波對(duì)變壓器的影響

諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場(chǎng)強(qiáng)度，諧波電流的存在增加了銅損。對(duì)帶有非對(duì)稱(chēng)性負(fù)荷的變壓器而言，會(huì)大大增加勵(lì)磁電流的諧波分量。

3.1.3諧波對(duì)電力電容器的影響

含有諧波的電壓加在電容器兩端時(shí)，由于電容器對(duì)諧波阻抗很小，諧

波電流疊加在電容器的基波上，使電容器電流變大，溫度升高，壽命縮短，引起電容器過(guò)負(fù)荷甚至爆炸，同時(shí)諧波還可能與電容器一起在電網(wǎng)中造成電力諧波諧振，使故障加劇。

3.1.4影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的工作可靠性

特別對(duì)于電磁式繼電器來(lái)說(shuō)，諧波常會(huì)引起繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，使其動(dòng)作失去選擇性，可靠性降低，容易造成系統(tǒng)事故，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3.1.5對(duì)用電設(shè)備的影響

諧波會(huì)使電視機(jī)、計(jì)算機(jī)的圖形畸變，畫(huà)面亮度發(fā)生波動(dòng)變化，并使機(jī)內(nèi)的元件溫度出現(xiàn)過(guò)熱，使計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤，嚴(yán)重甚至損害機(jī)器。

此外，諧波還會(huì)對(duì)測(cè)量和計(jì)量?jī)x器的指示不準(zhǔn)確及整流裝置等產(chǎn)生不良影響，它已經(jīng)成為當(dāng)前電力系統(tǒng)中影響電能質(zhì)量的大公害。

3.2諧波的防治

3.2.1整流變壓器采用Y/△或△/Y接線(xiàn)

為抑制3的倍數(shù)次的高次諧波，以整流變壓器采用△/Y接線(xiàn)形式為例說(shuō)明其原理，當(dāng)高次諧波電流從晶閘管反串到變壓器副邊繞組內(nèi)時(shí)，其中3的倍數(shù)次高次諧波電流無(wú)路可通，所以自然就被抑制而不存在。因?yàn)樗鼈兿辔灰恢?，只能在形繞組內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，將能量消耗在繞組的電阻中，故原邊繞組端子上不會(huì)出現(xiàn)3的倍數(shù)次的高次諧波電動(dòng)勢(shì)。

3.2.2盡量選用高功率因數(shù)的整流器

采用整流器的多重化來(lái)減少諧波是一種傳統(tǒng)方法，用該方法構(gòu)成的整流器還不足以稱(chēng)之為高功率因數(shù)整流器。高功率因數(shù)整流器是一種通過(guò)對(duì)整流器本身進(jìn)行改造，使其盡量不產(chǎn)生諧波，其電流和電壓同相位的組合裝置，這種整流器可以被稱(chēng)為單位功率因數(shù)變流器（UPFC）。

3.2.3整流電路的多重化

整流電路的多重化，即將多個(gè)方波疊加，以消除次數(shù)較低的諧波，從而得到接近正弦波的階梯波。重?cái)?shù)越多，波形越接近正弦波，但其電路也越復(fù)雜，因此該方法一般只用于大容量場(chǎng)合。

3.2.4增加變壓器的容量，減少回路的阻抗及切斷傳輸線(xiàn)路法

由于非線(xiàn)性負(fù)載引起的畸變電流在電纜的阻抗上產(chǎn)生一個(gè)畸變電壓降，而合成的畸變電壓波形加到與此同一線(xiàn)路上所接的其它負(fù)載，引起諧波電流在其上流過(guò)，因此，減少諧波危害的措施也可從加大電纜截面積，減少回路的阻抗方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.2.5主管部門(mén)對(duì)所轄電網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)分析

正確測(cè)量，以確定諧波源位置和產(chǎn)生的原因，為諧波治理準(zhǔn)備充分的原始材料;在諧波產(chǎn)生起伏較大的地方，可設(shè)置長(zhǎng)期觀(guān)察點(diǎn)，收集可靠的數(shù)據(jù)。對(duì)

3.2.6加強(qiáng)管理，多方出資，共同治理

諧波的治理，需要大量的投資，不能僅僅靠供電部門(mén)，要調(diào)動(dòng)電力供需環(huán)節(jié)中的各個(gè)方面，在分清諧波來(lái)源基礎(chǔ)上，走共同治理之路。

四、結(jié)論

綜上所述，諧波防治是綜合過(guò)程，是改善供電品質(zhì)的重要手段。在具體體現(xiàn)上可采用減少回路阻抗，切斷諧波傳輸路徑達(dá)到科學(xué)合理用電，抑制電網(wǎng)污染，提高電源質(zhì)量，降低電磁污染，減少能耗，提高電能利用率等。