关于电力谐波治理以及分析装置的研究

电能在人们的生产、生活中已经不可或缺，电能质量的优劣直接关系到国民经济的整体效益；电网上各种非线性用电设备的大量使用，以及冲击性负荷的运用，给电力系统带来了严重的谐波污染和功率因数的明显降低，而且危害用电设备和通信系统的稳定运行，对其长远的发展是不利的，因此，采取何种谐波治理措施，就成为供配电系统领域相关管理人员面对的一个新难题，本文最后以三相四线制为例，探讨谐波治理问题。

【关键词】电力 谐波 治理 APF

在电工技术工程领域中，将谐波定义为：高于50Hz的电流或电压成分。一般情况下，电力系统能为其用户提供恒定工频（50Hz）的正弦波电压，但有时也会出现高于50Hz的电流或电压成分，即谐波。谐波可分为整数次谐波和分数谐波。

1 导致电力谐波出现的因素

电力谐波出现的原因很多，这里主要介绍两种：

（1）可控硅整流器、变压器等非线性电流电压类器械导致谐波的出现，是形成电力谐波的主要原因，这种负荷主要来自发电机、输配电系统以及用电设备。

（2）中顿炉、变频器设备等逆变负荷，这将有可能形成整数次谐波和分数谐波两种形式的谐波。

发电机是产生谐波的一个来源，因为在发电机设备中的三相励磁绕组并非是严格的对称，因此磁极磁场也并不会严格按照正弦分布，导致出现谐波，想解决由此形成的谐波，就需要使发电机始终保持输出具有基波频率的正弦电压。

输配电系统也是谐波的主要来源之一，因为电力变压器当中的铁芯具有非线性特性，再加上在其设计中的问题，使电力变压器成为输配电系统中形成谐波的最直接最主要的设备。

在变频装置中，会出现两种形式的谐波，其形成因素的分析是非常复杂的，变频装置中设备的功率很大，形成的谐波也会随着变频的增加而增多。在现今的供电系统中，一些具有调压整流装置的家用电器如洗衣机、电视机、灯具、空调等，在使用过程中会出现偏大的谐波振幅，这些家用电器成为供电系统中谐波产生的重要来源。

产生谐波的负荷是谐波产生的直接原因，电网的短路容量、内部组织以及电网中其余来源的负荷是谐波产生的间接原因，但也不可忽视。就目前情况来看，非线性用电设备容量增幅较大，因此，我国电力领域专业人士需要加大对谐波监督和治理工作的研究。

2 电力谐波治理

2.1 合理安排供配电系统

供配电系统的设计问题是减少电力谐波产生的重要出发点，在设计过程中，应坚持科学、严谨的态度，以当前研究认定的标准为准则，采取先进的科学技术，主要工作有：运用科学仪器分析测量电网谐波，在设计前和设计过程中严格审查实际状况。在选取设备的过程中，要分析实际状况，审查谐波污染程度。在此基础上精确分析谐波污染产生源，在治理过程中，加大资金投入。

2.2 电力电容器中的谐波治理

在供配电系统中，要想减少谐波的产生，就需要减弱投切电容器时而产生的瞬态电压，为此可以启用选相断路器来完成此项工作。电力电容器在运行过程中，若遇到系统其余部位产生的谐波，就会采取相应的保护措施，最为明显的就是放大某次谐波电流，这就给系统运行的稳定带来巨大的威胁。对于这种状况，首先要做的就是在电力回路当中将滤波电抗器串联在一起，这样可以有效减少谐波产生的频率。

2.3 安装滤波器

安装滤波器是治理谐波污染的又一有力武器，滤波器主要有两个种类：无源滤波器和有源滤波器。现今市场流行使用的无源滤波器主要是由电力电容器、电抗器和电阻这几个成分组合而成，但在投入使用时，会将其与谐波源并联在一起，这样可以最大限度地发挥其滤波的价值，无源滤波器的优势较为明显，价格不高，构造简单，维护过程中操作简便，能够有效过滤掉高次谐波。有源滤波器，简称APF，作为当前最有实力的检测和控制系统，具有突出的高实时性，反应灵敏，能够快速察觉电网中电流的变化，并及时跟随电网谐波电流的变化而采取相应的应对措施，它的优势可以总结为：无需分析负荷谐波频率，仅仅依靠供配电系统中产生的谐波，敏锐地采取措施；由于它自身设计上的优势，无需考虑它是否会过载的问题；与电源设备的运行方式融洽结合，无需考虑相背离的状况；可以在第一时间做出反应，瞬时补充谐波。

3 三相四线制中APF对于谐波的治理

APF融合了先进技术核心，将电力电子自动控制、高速计算机等优势融合其中，运用于谐波治理工作具有较强的针对性和现实性。它建立在精确测量下的负荷电流谐波含量指数的基础之上，运用逆变器，使产生的谐波电流与系统中谐波电流大小相同，但相位相反，这样的谐波电流进入电网后，可以与其中已存在的谐波相抵消。

3.1 瞬时无功理论

瞬时无功能理论结合先进的实践经验，在APF谐波检测运作过程中发挥巨大作用。瞬时无功理论中的某些理论成果是严格以三相平衡为前提的，所以也只适用于三相三线的接线方式。在三相三线制的运作当中，如果三相电流出现失衡状况，在公共回路当中就会有所反应，如会有少量的电流产生，在这种情况下，三相当中就会不自觉地引进基波与各次谐波的零序分量， 若出现此种状况，瞬时无功理论就失去了存在的前提。在国内电力研究领域当中，三相四线这种最普遍使用的接线方式是主要研究对象，近几年的研究也不断实现新突破，零序电流分离在电力研究者当中获得了一致好评，值得加大研究力度，并大力推广。

3.2 三相四线制当中零线电流的控制

在三相四线制当中，APF的巨大功用不仅体现在对三相电流进行谐波补偿，在系统运作当中，它还需要进行对零线谐波电流的补偿，对于零线电流的控制，步骤较为复杂，电力研究人员根据实践情况研究出较多的抑制方式，其中四桥臂式是提高灵活性的有效方式，四桥臂式对于电网中谐波的产生有较好的控制效果，而且在中线补偿方面取得突出成果。

3.3 电力系统各环节的延时问题

在控制不当的情况下，系统中各个环节易出现延时状况，如何降低各环节延时状况产生的频率，使通过仪器检测出的电流信号与实际状况完全相符，是关系到APF功能最大化的重大问题。

三相四线制的电力系统当中，若出现延时将影响电网运作的主要环节有三个：三相四线零序分离延时、IGBT死区延时、数字处理延时，将并联型APF系统作为主要研究对象，可以采取以下方式减少延时：采用先进互感器，此种互感器应具有相应补偿功能；启用微处理器；缩短电力系统采样审查周期；加快控制信号的更新频率；选取适宜的开关设备，最大限度缩短死区时间；启用有效的预测方式。

4 结束语

在我国供配电系统当中，谐波污染是亟待解决的问题之一，近年来由于社会对于电力的需求增大，以及新型电器的不断产生，对电力系统的要求也越来越高，形成的谐波污染也越来越不容忽视，因此，我国相关研究人员必须结合居民以及单位的实际用电状况，采用先进设备，研究新理论去解决电力谐波治理问题。

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作者单位

大盛微电科技股份有限公司 河南省许昌市 461000