配电网无功和谐波控制的节能技术研究

李雪云　谢笑寒　董新

摘 要：近年来随着我国综合国力的不断提升，科学技术领域也取得了重大突破，我国的电力事业也在不断改进，但是随着人们用电需求的增大和对电网系统的高要求，传统的配电网络已经不能满足日常生活的需要。本文针对这一问题，详细阐述无功和谐波定义、电力系统中谐波的危害以及采取的节能措施。希望对电力系统的改进和完善提供一定的参考。

关键词：无功和谐波；危害；节能措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.139

0 引言

节能环保问题一直是近年来国家所提倡的，不仅是工业领域，电力系统同样要达到节能环保的标准。我国的电力系统在运行过程中还不完善，浪费资源的现象时有发生。在配电网中产生的干扰谐波极易破坏电力系统的正常运行，再加上无功补偿不够，导致电网系统功率达不到要求。发电厂输送的电力亏损严重的同时电能质量也受到严重影响，因此研究谐波的产生及危害，并采取相应的防治措施是当前我国电力事业的首要任务。

1 谐波的定义及其产生原因

（1）谐波的定义。谐波是区别于正常波段的一类波形，谐波所具有的频率是正常电流波段所具有频率的整数倍，谐波的电量是基波频率整数倍电流所产生的，在这个过程中通常伴有傅立叶级数的分解。广泛的来说，产生交流电的频率一般为单一频率，也被称作工频频率。所以只要是与工频频率不在一个波段的波形都被认为是谐波，此时谐波的定义已经不在局限于原有的单一解释。因此也演变出分数谐波、简谐波、次谐波等不同的定论和称谓。

（2）产生谐波的因素。谐波的产生主要来自于以下三方面：一是发电机的质量不过关导致谐波的产生，在三相绕组的制作时如果做不到很好的对称，铁芯也会随之偏离原有的方向。从而产生少量的谐波，影响电力系统运行。二是在电能输送中产生谐波，主要是变压器铁芯上的电磁力达到饱和，再继续加大电流的输送量会使原本的正弦波顶端发生锐变。铁芯的饱和越高，正弦波的变化也越大，二次谐波和三次谐波产生频率也越高。三是用户处产生的谐波，像洗衣机、电视等家用电器，本身具有的特性就决定了谐波的产生[1]。

2 无功和谐波在电网中产生的危害

（1）电网质量受到严重危害。用户电网系统中采用的是中性线，中性线在工作中随着负载的增大会出现很多三次谐波。三相配电线路中，中性线上会不断叠加三次谐波，这就会使得中心线上的谐波电流比其他相线上的电流高的多。当三次谐波的电压和电流频率处于同一个水平线上时，有功功率和无功功率同时产生，两类功率相互冲突使电压大大降低，使电网容量遭到破坏。以上情况任意出现一种，都会给电网质量带来严重的危害，影响电网系统的正常运行。

（2）变压器受到严重影响。变压器是电网系统的重要组成部分，谐波的产生对变压器的影响十分巨大。谐波会使变压器铜和铁的消耗量大大增多，还会使其受到噪声污染减少变压器寿命。谐波的存在不仅会大量消耗铜铁，还会损耗电阻原件、涡流原件及其他部件。在谐波的干扰下，波形会紊乱变形，变压器铁芯的电磁损耗也有所增加[2]。在对变压器进行选择时，需要确保变压器有足够容量能抵抗谐波的干扰。

（3）电动机受到的严重危害。谐波对电网系统的各个方面都有或多或少的影響，其中对电动机的损害程度比较严重。谐波的产生会增加电动机的损耗，使其功率下降的同时产生发热现象，严重的则会烧坏电动机使电网系统瘫痪。电动机中还存在负序谐波，有谐波的产生就会有磁场的运转。由于谐波是负序的，其旋转方向和电动机正常的旋转方向相互反向，因此会阻止电动机的正常运转，削弱电动机工作效果。当谐波电流与电动机中某个零件频率达到一致时会发生共振现象，使电动机发生剧烈振动，产生很大的噪声[3]。

3 防治和避免无功和谐波采取的措施

（1）调大整流变压器相数。电网系统中的大多数设备都具有整流元件，整流元件的存在也会产生相应的谐波，无疑使配电网络的做功受到影响。扩大整流变压器的相数或脉动数，能在一定程度上降低谐波对配电网络的影响，这也是工程经常用到的手段之一但是该技术手段所需要的投资较大，一些小型企业无法负担相关的费用，因此该方法并不能在电力系统的研究中大量普及，该技术多用于大型电厂的整流装置。

（2）在技术支持的条件下尽量提高功率因数。这里指的功率因数也是整流器的，在传统消减谐波的方法中，整流器多重化是常见的方法之一。但是通过多重化组成的整流器在提高功率因数方面还有一定的局限和缺陷。因此在整理流器开始设计时就要注意对其本身的材料和结构进行仔细的研究与改造，使电流与电压在同一相位上，从而达到提高整流变压器功率因数的目的。

（3）采用无源电力滤波器抑制谐波的产生。无源电力滤波器是我国传统的减少谐波产生的方法，该方法是在谐波产生后在最大程度上进行消减和清除。在显示器上显示的变形正玄波，通过计算机经过傅里叶变化将倍数谐波转化为基波或者是倍数较小的次谐波，再通过一系列的设备将谐波基本消除。无源滤波器主要由电容器、阻抗等原件组合而成，该设备主要用于变化不大的配电网络中，通过改变阻抗达到消减谐波的目的[4]。此方法不仅能消除谐波影响还能补充无功功率，价格合理适合广泛推广。

4 结束语

当今社会是信息技术快速发展的社会，计算机和各类网络化技术都不断运用于新的行业，并得到大力推广。在配电网络中，各种新技术和设备的使用更是层出不穷，针对于目前配电网络无功和谐波的问题，本文进行了详细的阐述。通过介绍谐波的定义、危害及解决措施，在一定程度上达到节能减排的目的，也为以后的研究提供参考。

参考文献：

[1]朱建红，常伟，潘文霞.具有谐波分频补偿功能级联静止同步补偿器[J].电气传动，2013（05）.

[2]戴卫力，费峻涛.电力电子技术在电力系统中的应用[M].机械工业出版社，2015（06）.

[3]武建文，李德成等.电机现代测试技术[M].第2版.机械工业出版社，2015（10）.

[4]熊杰锋，李群，袁晓冬等.电力系统谐波和间谐波检测方法综述[J].电力系统自动化，2013，37（11）：125-133.