电力系统谐波的产生及抑制方法探讨

刘金宝

摘 要：当前电网运行过程中，谐波、功率因数下降及电磁干扰作为三大公害对电力系统的正常运行产生了较大的影响，严重时还会对电气设备的正常运行带来较大的威胁。这三大公害的存在严重影响着电力系统运行的可靠性。特别是近年来谐波的影响在不断加剧，因此需要对谐波及其来源进行分析，明确谐波可能对电力系统带来的危害，从而提出切实可行的措施来抑制谐波的产生。

关键词：电力系统；谐波；来源；危害；抑制方法

前言

近年来电力电子技术得以广泛的应用，无论是家用电器还是变流装置在应用过程中都会导致供电系统非线性负载大幅度增加，从而导致电网产生大量的高次谐波。这些谐波在电力系统中存在，当运行时间较长时，则会导致能量损耗、变压器过热及绝缘老化等现象发生，从而使电力系统处于不安全的运行状态，因此需要针对电力系统运行过程中谐波的来源及危害，从而对谐波采取有效的抑制方法，确保电网能够安全、稳定的运行。

1 谐波定义及特征

1.1 供电系统谐波的定义

当对供电系统运行过程中的周期性非正弦电量进行分解时，所得到的分量一部分与电网基波频率相同，另一部分分量大于电网基波频率，因此将这部分电量称为谐波。谐波次数则是谐波频率与基波频率的比值。在电网运行过程中，也存在着一些非整数倍谐波，即非谐波或是分数谐波。谐波对于电网运行过程中的干扰因素，会对正常运行的电力系统带来一定的干扰，影响电力系统运行的安全性和稳定性。

1.2 电力谐波的特征

在电力系统运行过程中，在理想状态下，三相交流发电机所发出来的电压波形为正弦波形，即在只有线性元件的简单电路里其电流和电压则会呈现为正比例的关系，而所流运的电流也是正弦波。但在供电系统实际运行过程中，非线性负荷的存在具有不可避免性，这也就导致电流和电压无法呈现出线性关系，从而导致非正弦电流产生，而负荷图形也都属于非对称性。在负荷不断变化下，负荷图形的斜率也会随之而发生改变。而且对于任何坝基性的波形来讲，都可以将其进行分解，会得到一个基频正弦和许多谐波频率的正弦。通常情况下，谐波频率为基频的整倍数，而且当电流波形出现畸变时，还会有多次谐波产生。对于所产生的谐波，其电流量与电网的参数并不存在什么关系，主要由谐波源设备本身的特性及工作状况决定，可将其视为恒流源。各种晶闸管电路上所产生的谐波称为该电流的特征谐波，主要取决于电路的形式。

2 电力系统中谐波的来源

2.1 发电环节

长期以来各国根据自身的能源资源构成多采用火力、炎力及核能等形式来进行发电。但近年来化石资源短缺的现象日益严重，能源危机不断加剧，在这种情况下，人们对绿色新能源更加青睐，一些清洁、无污染及可再生的绿色能源开始在发电系统中进行就用，多以风能、太阳能及燃料电池等为主。利用这些种类能源进行发电时其发电形式多以非正弦及非工频的形式为主，这就需要在将其接入电网过程中需要毛毛虫用电力电子电能转换装置，将这些电源进行转换，以正弦及工频的交流电源形式从而使不同频率的电源及电网能够处于同步运行。但在这种过程中，如由变频装置来将风能接入电网时，则需要由变频装置装一定数量的谐波注入到电网中，这则会导致电网中谐波来源越来越复杂化。另外，发电机三相绕组及铁芯等在运行过程中也不可处于完全一致性，不可避免的会有谐波产生。

2.2 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。

2.3 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，它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。

3 电力系统中谐波的危害

电力系统中谐波的存在对电力系统运行的稳定性带来了较为严重的影响，直接威胁电力系统发供电设备正常的运行。在电力系统输电线路中，谐波的产生会导致网损产生，同时还会导致电能传输效率降低，严重影响电网中电压质量。而且在输电线路运行过程中，由于存在畸变的谐波，则会导致各种不同种类的继电器有误动作及不动作的现象发生，不利于供配电系统运行的安全性。当谐波存时，变压器和电动机运行过程中绕组及铁芯线圈会存在额外发热的情况，导致损耗增加，对其使用寿命具有较大的影响。而且谐波存时，还会对计算机和通讯系统的正常运行带来不同程度的干扰，使其工作的精度受到影响，甚至导致画面出现畸变，使画面质量下降。而且随着科学技术的快速发展，仪器开始向更高精度的方向发展，控制系统越来越复杂化，人们对电网质量的要求不断提升，这也会导致谐波的危害更加明显，谐波会成为当前我国工业快速发展的重要阻力，使工业发生过程中会有巨大的经济损失产生。

4 电力系统中谐波的抑制方法

当前电力系统中为了能够有效的对谐波进行抑制，通常会通过二种方法来进行，即安装谐波补偿装置和对电力设备进行改造。

首先，安装谐波补偿装置。这是一种补救性措施，通常是将谐波补偿装置安装在已经产生谐波的设备和系统中，补偿装置以无源滤波器、有源滤波器及混合型有源滤波器为主。当前应用最广的当属于无源滤波器，其不仅结构简单，而且费用较低。近年来随着滤波技术的快速发展，有源滤波器得到产生，其主要是通过对谐波电流进行检测，然后将与检测谐波大小电波相同及相位相反的谐振波电流注入到系统中，两个谐波电流在相互抵销过程中确保了系统能够安全、正常的运行。将无源滤波器和有源滤波器的优点有效的综合在一起，从而形成混合型有源滤波器，不仅可以实现谐波的快速补偿，而且可以实现对谐波进行过滤及无功补偿，确保了滤波补偿效率的提升。

其次，改造电力设备。这是一种防御性措施，在电气工程设计时就对谐波因素进行充分考虑，从而采取有效措施来实现对谐振波进行控制，尽管这种对电力设备进行改造的方法无法完全消除谐波，但对于谐波的产生能够产生一定的抑制作用，减轻谐波所带来的危害。

5 结束语

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。

参考文献

[1]刘利宏.治理谐波污染、提高电能质量[J].电气时代，2002（8）：41-42.

[2]杨斌文.电力系统中谐波的抑制方法[J].电气时代，2002（3）：55-56.

[3]朱桂萍，王树民.电能质量控制技术综述[J].电力系统自动化，2002，26（19）：28-31.