谐波治理设备在供配电系统中的应用

袁成瑞

摘 要：随着我国社会经济的飞速发展，科学技术也在不断提升，电力电子技术也正不断开发，在交通、电力系统等领域中，各类电子装置应用广泛，与此同时，电网中的非线性负荷也在飞快增加，这给电力系统带来了不利影响，其中谐波污染是危害最大的污染。如果能够供配电系统中应用谐波治理设备，就能使谐波得到有效的抑制，是功率因素大大升高，保障供电系统的安全有序运行。本文从电网构成中谐波的危害着手，对目前供配电系统中谐波治理设备的应用进行了分析，并对有源滤波器的应用效果进行了验证。

关键词：谐波治理；供配电系统；应用

中图分类号：TM761 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）07-0171-01

近几年来，以我国经济发展迅猛为背景，在生产实践中，变频设备、电源设备等的广泛应用，虽然促进了生产效率和生产质量的提高，但是这些设备的运行会促使谐波电流的产生，影响了供电系统和周围设备，使其出现电流、电压的波形严重失真的情况。谐波污染还会使各种用电设备的使用效率大大降低。为使电能质量得到提高，要将有源电力滤波器等设备进行引入，使供配电系统的动态补偿得到充分实现。

1 谐波污染危害

整流电路设备是引起谐波的源头，也是电网规模不断发展、扩大的必由之路。在工业上，谐波源通常涉及电力电子装置。从性质和特点上看，谐波的类型很多，一般有波动谐波、间谐波和稳态谐波等，因为其不确定性和多态性，要观察它们在现实生活中的特点，并对其规律进行总结，才能使谐波属性得到确定，以进行针对性的治理。只要有谐波产生，就会影响到电网的正常运行，使电网的供电质量下降，比如对断路器和用电设备产生不利的影响[1]。

1.1 公用电网的额外损耗增高、输配电设备的运行效率降低

变压器、电容器和其他的感性设备有过热现象出现，如果在这种状态下长期运行，就必然会使设备的使用寿命降低，而电气设备和电缆线路的绝缘老化以及击穿现象是由于谐波导致的。

1.2 电能计量发生紊乱

大量的高次谐波电流在供电系统中，会对电能计量装置的计量精度产生严重的影响，干扰计量的精确度。并且，还会使电能计量装置损坏，导致中线过载的现象，甚至会导致火灾事故的发生。

1.3 产生谐波

谐波的产生不仅会影响到供配电系统，还会对通信和信息系统的运行呢产生不利的影响，是通信质量大大降低，如果情况严重，还会导致信息丢失，使工控系统的作用很难发挥。由此可见，谐波的危害是不可忽视的，想要实现供配电系统的安全可靠运行，就必须加强对谐波的治理。

2 谐波治理设备在供配电系统中的应用

一般情况下，谐波常出现在10kV及以下电压等级的供配电系统中。针对谐波治理，可以从预防和治理2个角度入手，前者从源头入手，避免谐波的产生，通过改进设备内部结构，抑制谐波的形成；后者可以改变系统馈线参数、或者安装谐波治理装置，进行谐波补偿。具体主要从以下几方面入手[2]。

2.1 整流设备

整流设备的谐波产生和脉动数有直接的关系，两者呈正相关。谐波的次数越大，谐波的电流就会小。所以，在实际生产中，要使整流设备的脉动数提高，才能使谐波的产生受到抑制。然而想要增加整流设备的脉动数量，就要使装置的配置提高。一般情况下，大功率的整流装置都要使用十二、二十四脉整流，但是小功率能够进行脉宽调制技术的引入，使整流器输入的电流和正弦波相近，电流与电压还能够同相位，进而使大部分的低次谐波消除，将谐波的分量控制在合理的范围。

2.2 供电设备

对于供配电系统来讲，能够使变压器绕组改变，使产生谐波的现象大大降低。在运行发动机时，如果电能与标准相符合就能进行提供，在根源上减少或消除谐波电动势。也可以用星型的方式进行连接，避免产生三次或倍数谐波。只有考虑实际情况，才能使谐波治理技术得到有效的提升，使谐波的性质和类型明确，有针对性的解决谐波问题。

2.3 无源电力滤波器

依照一定的拓扑结构连接电容元件和电感，再与参数相结合配置，消除某次谐波的叫做无源电力滤波器。在实际应用中，是由装置阻抗比和配电系统确定滤波特性的，由于其具有结构简单的优势，方便了日后的维修[3]。然而在实践中，有几个问题需要注意：（1）无源电力滤波器只能对最初设定的滤波，灵活性不足，不能进行滤波和调压以及无功补偿间的关系协调，还可能会影响部分滤波，和预期目标不一致。如果碰到成分比较复杂的滤波，要进行具体处理才能使滤波的滤除效果提升。（2）复杂的系统运行情况。这种现象会使滤波的效果不稳定，过高的滤波强度会导致设备、元件损坏。想要使这种问题得到解决，就需要引入有源电力滤波器，使谐波治理的效果提升。

2.4 有源电力滤波器

近几年来，随着国民经济的不断增长，居民生活水平的不断改善，人们对于电力资源的质量也有了更高的要求，由于无源电力滤波器在谐波治理中的作用不明显，所以将有源电力滤波器引入电力系统中意义重大，特别是在供配电系统中。在系统中，这个设备可以将供配电系统中电流运算部分中的无功、谐波电流进行提取，变流器再对它进行电流补偿。经过这些处理，可以使電网中的谐波电流成分得到降低甚至消除，来使电网的运行质量得到提升，给居民提供良好的用电体验。相比较无源电力滤波器来说，有源电力滤波器的优势更加明显，可以使开关器件和开关频率产生的滤波得到有效的清除，并有针对性的处理供配电系统中产生的谐波情况[3]。并且，这个装置在运行过程中不会有过载的现象发生，在运行时保持额定内量，因此在实际应用中，可以广泛推广有源电力滤波器，使谐波治理可以更加高效，保障电力系统的安全、稳定运行。

3 结语

虽然谐波的危害是用多种形式表现出来的，但是谐波电流是致使这些危害的根源。也就是非线性设备在运行时，给电网发射谐波电流，所以，谐波治理的根本目标就是使电网注入的谐波电流的负载减小，也就是让电流的波形尽可能的变小，由于谐波问题的源头是谐波电流，即使在一些情况下，谐波治理的目的是为了保障电网的电压畸变率能够在国标范围之内，然而问题最终还是要回到控制谐波电流上。非线性负载的电源入口是进行谐波治理的最好位置，这也就意味着要将非线性的负载变为线性负载，在这种情况之下，谐波引起的问题也就都能解决了。因为谐波源消除了，之前的配电系统就如同在传统的线性负载之下工作，没有安全隐患。对于设计人员来讲，不管是设计配电系统还是设计制造系统，都能够依照传统的规范，不用再对谐波引起的各种风险进行考虑。很多的发达国家都是依照这种方法来进行谐波治理的。

即使在谐波治理中从非线性负载的电源入线端是最好的策略，但是由于这种方案的设计成本比较高，要依据实际的情况来制定详细的解决方案。一般来讲，能够把就地谐波治理和部分谐波治理相结合，从而形成一个高性价比的解决措施。对于功率比较大的谐波源负载来说，在谐波治理中积极的引入有源电力滤波器就能得到很好结果，使电网注入的谐波电流有效的减少。如果谐波源负载的功率比较小，非线性负载又较为分散，可以在母线上进行统一的治理。在进行解决方案的设计时，能够依据配电系统的实际情况，使谐波治理效果完美。

参考文献

[1]于振华，薛守民.谈无功补偿装置谐波治理技术在配电线路上的应用[J].通讯世界，2017，（01）：220.

[2]姚元灯.低压电网谐波治理和无功补偿装置的合理选择[J].科技风，2014，（16）：29.

[3]张铁龙，徐公林，桃霞.谐波抑制与滤波装置的应用[J].电气开关，2009，（4）：75-78.

[4]魏阳，索忠伟，李文容.数字滤波器在实时滤除心电干扰中的设计与应用[J].微计算机信息，2006，（4）：40-42.