电力系统中谐波的产生与抑制

李学智

摘 要：电力系统中的谐波与功率因数下降、电磁干扰共同构成电力系统的三大公害，它严重影响着电力系统的稳定性， 降低了系统的运行效率，甚至威胁着电网电气设备的正常运行，给用户及用电设备的安全造成危害。本文主要介绍了电力系统中谐波的来源及危害，并简述了目前解决谐波问题的几种抑制方法，展望了当今输电技术的发展方向。

关键词：电力系统；谐波；危害；抑制方法

1 电力系统中谐波的来源

电力系统当中，从发电到输电，再到用电，各个环节都可能成为谐波的来源，只是他们在表现形式上有所差别。

1.1 发电环节

传统的发电形式主要还是依靠火力发电、水力发电和核能发电为主，具体的比重因各国的能源资源的构成不同而异。而随着化石能源的日益短缺，能源耗尽危机的不断加重，人们开始追求清洁的、无污染的、可再生的绿色新能源。对于发电系统来说，可再生的绿色发电形式主要是风能发电、太阳能发电、燃料电池发电等，这些发电形式大多以非正弦、非工频的形式供电，而想要接入传统的公用电网，必须通过电力电子电能转换装置将非正弦、非工频的电源转换为正弦、工频的交流电源，从而实现不同频率的电源或电网的同步运行。。比如在输送风电的过程中，一般采用变频装置将风电接人电网，在此过程中，变频装置将会向电网注入一定数量的谐波，使得电网谐波来源更加复杂。除此之外，在发电机方面，由于发电机的三相绕组不可能制作的完全对称，铁芯也不可能完全的均匀一致，因此也会有谐波的产生，当然，由此产生的谐波通常影响很小。

1.2 输配电环节

随着柔性交流输电技术和高压直流输电技术的快速发展，大量的电力电子装置被引入电力系统中，比如用于提供无功功率补偿功能的静态无功补偿器、用于提高输电线路输电容量和改善线路运行情况的可控串联补偿装置以及用于高压直流输电技术的高压直流换流器等，这些电力电子装置虽然灵活的控制了电网的运行，保证电能安全、稳定、经济、高效的输送，但由其产生的谐波给电力系统带来了不小的副作用。

1.3 用电环节

随着电力电子技术的长足发展，一些大功率的开关器件构成的新型电器产品越来越被广泛应用，他们大多采用非正弦的电流方式用电，对于电力系统来讲属于非线性负载，其在节能方面确实产生了一定的作用，但是，这些以非正弦电流方式用电的新型非线性负载已经成为当今电力负载中最主要的谐波源。他们主要包括，由可控硅、IGBT构成的焊接电源、开关电源、充电装置等整流设备、采用相位控制的变频装置、非线性伏安特性的气体放电设备、以及具有调压整流装置的家用电器等。

2 电力系统中谐波的危害

电力系统中的谐波与功率因数下降、电磁干扰共同构成电力系统的三大公害，它严重影响着电力系统的稳定性，危害着电力系统的发供电设备的正常运行。对于输电线路来讲，产生的谐波电流会在输电线路中产生网损，降低电能传输的效率，由谐波电流在输电线路中产生的电压压降，降低了电网中的电压质量；对于输电线路中的电气装置来讲，特别是电磁式、感应式和晶体管式继电器，畸变的谐波会使其产生误动作或者不动作，将严重的影响着供配电系统的正常运行，而具有电磁绕组及铁芯的变压器和电动机由于谐波的存在将会使绕组和铁芯线圈额外发热，增加损耗，降低了其使用的寿命；对用电设备来讲，谐波会对计算机、通讯系统等产生干扰，影响其工作精度，会使电视机或其他显示设备的画面产生畸变，影响画面质量。除此之外，随着科技的进步，电力电子技术的不断发展，更高精度的仪器和复杂的控制系统对电网的质量的要求会越来越高，这将会使得谐波的危害越来越明显，这不仅会对我国工业造成巨大的经济损失，更会严重的阻碍着我国工业水平的进步。

3 电力系统中谐波的抑制方法

现代电气抑制谐波的方法主要分两种，一种是为谐波源安装谐波补偿装置，一种是对电力设备进行改造，使其不产生或者产生不超限额的谐波。

安装谐波补偿装置属于补救性措施，即在已经产生谐波的设备或系统中加装谐波补偿装置，这样的补偿装置主要包括三种，一种是由LC组成的无源滤波器，一种是有源滤波器，一种是混合型有源滤波器。无源滤波器结构简单、费用低、容易实现，是应用范围最广的手段，它的工作原理是将LC电路调谐到与谐波相同的电流频率并产生谐振，然后利用低阻抗的支路将谐波过滤掉。有源滤波器是近几年才得到快速发展的一种滤波技术，它是通过检测谐波电流，然后再向系统中注入一个与检测的谐波电流大小相同、相位相反的谐波电流，两个谐波电流相互抵消达到了系统的正常运行。混合型有源滤波器是综合了无源滤波器和有源滤波器的优点发展起来的，有源滤波器用来快速地补偿谐波，而无源滤波器可以同时进行谐波过滤和无功补偿，提高了滤波补偿的效率。

对电力设备进行改造属于防御性措施，目的是在电气工程设计方面就充分考虑谐波的问题，尽可能的减少谐波的产生，或者将谐波控制在一定限额内。实践中发现，对电力设备的改造不可能完全的消除谐波，其危害依然会存在。

4 结论

就目前的电力系统而言，谐波源存在于发供用电的各个环节，谐波源的存在严重影响了电网的质量以及运行的稳定，随着电力电子技术的不断发展，各种大功率整流设备的广泛应用，谐波的危害作用将会愈加凸显，其表现形式会更加复杂，造成的经济损失会更加巨大，这是我们的电力系统的必然挑战，也是我们输电技术发展的重要契机。