电力系统谐波治理的基本方法分析

祝国炳

摘要：最近几十年以来，随着电网输电量的不断增大，大量的非线性用电设备在电网中使用，在这样一个过程中，整个电网输电系统之中的谐波越来越多。让整个输电系统和网络之中的能量损耗非常多，影响着电网保护装置和电动化控制設备的稳定运行。在这样一个输电过程中，这些设备不断错误的触发，威胁着电网的正常运行。电力输电系统中谐波的治理关系着电网供电和效率和安全，本文对谐波在电网系统中的治理方法进行分析，结合实际进行探讨。

关键词：电力系统，谐波治理，非线性用电，电网

引言：输电网系统效率的高低和供电安全对民众生活及工业建设都有着至关重要的影响，经济要稳定发展，就需要保障输电的效率和质量，让工业化和民众生活都能享受到优质的电能。而电网之中的谐波比重越来越大，让电能损耗很大，为了维持供电的稳定，需要用各种方法对这些谐波进行治理。文章主要就是分析基本的谐波治理方法和原理，为行业尽自己一份绵薄之力。

一、输电网系统中谐波产生的原因

在供电系统之中产生谐波的原因主要是电力设备的大量使用，这些设备包括用电设备和发电设备两大种类。理论上来说，发电机通过转子产生正弦波形的磁场，但在实际的工业过程中这样的磁场不完全是正弦波形，导致最终向外面传递的电压波形也不是理论上的所谓正弦波。

有两种类型的发电机被广泛在工业上运用，即所谓的隐极机和凸极机。在工业过程中用在汽轮发电机和水轮发电机这两种机器和设备上。

对于谐波的产生，隐极机相比较凸极机有一定的优势。但在科学技术的不断进步下，各种电子励磁设备和装置的大量使用，让发电机产生大量的谐波。一旦发电机的端电压高过额定电压的百分之十或者以上的时候，在发电机磁场饱和的作用下，电压的三次谐波数量会大量增加。同时，变压器的电源电压如果超过额定电压百分之十的时候，二次侧电压产生的三次谐波也会大量增加。电网电压的偏移差距不大，发电和变电机器在各种作用下产生的谐波数量很小，相比较国家的考核指标相差很多。所以发电变电设备和机器并不是形成输电网波形质量高低的主要原因。

这些都是非线性用电设备的代表机器和设施，研究分析清楚这些谐波是如何产生，如何变化而来的理论原因，才能从理论上设计治理谐波的方式。

二、治理谐波的基本方法分析

治理谐波的基本方法主要有两种，分为变电集中处理和非线性用电设备分散处理两种方法。具体又可以分为三种方式。根据实际的治理原则进行选择使用。

1.缩减电源和非线性用电设备之间的所谓电气距离，本质上就是降低整个系统之中的阻抗，达到提高供电电压的等级。钢厂就经常使用这种方式，新建的变电所距离钢厂距离缩短为4千米，用35KV的专线进行输电和供电，这就让35KV的谐波数量和比例能够控制在国家所规定的标准之内。除此之外。还大量使用大容量的发电机，因此这些非线性负荷的所谓电气距离就大大缩短。这样产生的谐波对于输电网的威胁就降低很多。这种治理方式投资很大，还需要协调规划电网的发展。

2.隔离谐波。在非线性用电设备或者仪器设施上不断出现所谓的谐波，危害性极大，会降低本级输电网络的工作效率，由于变压器的作用，还会使得这种危害变得更加强大。需要将这些非线性用电设备仪器产生的谐波影响减少到最低，这样的治理方法在电网和供电中被大量使用。发电机产生的电能要通过不同接线组的变压器来进行工作，将发电机产生的各种零序分量谐波及各自层级的输电网络分别进行隔离。经过这样的处理，在高压输电网上产生的谐波分量就会变小，甚至是变为零。

3.安装滤波器。因为在很多工业变电所及用户侧的谐波治理过程中，很多时候会采用安装谐波过滤器的方式来降低谐波产生的数量。所使用的滤波器分为有源滤波器和无源滤波器两个不同的种类，分别针对不同的谐波进行治理。

有源滤波器的工作原理是将电源侧产生的电流波型参照正弦波的波型，如果有相差的部分只能用有源滤波器来重新补偿，这也是谐波治理方式的一个方向。现阶段的功率电子元器件成本很高，没有条件做大范围的推广和运用。但在将来，随着科技的进步，各项成本的降低，这样的方式是很具有光明前景的。

无源滤波器的原理则是运用并联或者串联的方式，让谐波不断产生谐振，在串联谐振发生的时候，这次谐波的电压就会很小，有时候无限趋近于无。用这样的方式将滤波器放置在变压器的侧出口处，在滤波器的作用下变压器的一次侧的谐波数量也会减少，这样就达到对第一次第二次产生的谐波进行治理的效果。无源滤波器多采用串联的方式进行，在使用的过程中经常运用两组以上的滤波器配合使用。在经过多次谐振之后，起到补偿电容器组件的效果。在电力输送中，这样的方式经常运用在110KV和35KV的变电所的母线输电上。

因为计算误差和精度及电容器电感器件制造的差异性等各种原因，要是固定用计算出来的标准数据来进行配置，在通过标准审查的时候就很难通过。要想保证串联的滤波器能够在多次的谐波频率中进行谐振，就要让电感保持一定程度的调节范围和误差允许，在这样的基础上才能保证滤波器的顺利和稳定运行。在具体的使用过程中，还需要进行调试和装配。

三、总结谐波治理办法和未来的前景

1.如果是电弧加热用电仪器和设备，需要用6相和12相等多相电弧炉变压器，让低层次的谐波数量和比例逐渐下降，高层次谐波的数量和比重提高。现在经常用的是两台不同的变压器在工作过程中再分别配置上两台相同容量和体积的电弧炉，用这样的方式将两个炉同时作业。通过串联无源滤波器的作用治理下让这些用电设施上产生的谐波不超过国家标准。

2.如果是交流整流直流用电设施就使用多相整流。多相整流在工作中产生的谐波数一般为流相整数上下浮动1次，不同相的整流设备谐波数量不一样，有十一次，十三次和二十五次的，谐波产生的频率越高，串联滤波器的投入就越小，谐波的治理就越好。

3.如果是开关电源及设施的谐波处理。方法是运用两台变压器进行初步并联，这是工业上用的典型方式，用到的仪器是中频炉。通过变压器的带动让两台相同容量的频炉能够同时进行操作。用这样的方式来提高产生更多强度更大的谐波，并且进行串联吸收，这样就能减少谐波反射的数量。

4.变频器中的谐波处理方式。西方欧美发达国家的变频器和谐波治理的设施是一起进行销售和供应。两者之间的价格没有相差多少，中国大部分的企业都仅仅配置变频器，没有安装谐波治理的配套设施。但是变频技术使用范围越来越大，输电网中的谐波影响程度会越来越大，因此最好两者还是一起进行配置的比较好。

可以将电动机多放置一些在用户侧。用这样的方式不仅可以进行无功率补偿，逐步降低电压波动和闪变的影响，同时还可以吸收很大一部分的谐波电流。这样对于谐波的降低和治理也是有很大程度帮助的。

结束语

综上所述，谐波产生的影响对于输电和供电的效率来说不可忽视，需要根据实际采用各种方法治理谐波，减少谐波的产生，将谐波的影响降到最低。在选择治理谐波的时候，要仔细分析这些谐波治理方法，找到最适合有效率的方式。

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