浅谈电力系统谐波测量与防治

肖密波 李丽君 杨豫庆

摘要：电能质量的好坏除了用电压波动率和频率来衡量外，电压、电流的波形质量也是十分重要的衡量指标，目前电力系统谐波危害已经引起了各个部门的关注，为了整个供电系统的供电质量，必须对谐波进行有效的检测和治理。

关键词：电力谐波;检测;治理

一、前言

目前，谐波与电磁干扰、功率因数降低被列为电力系统的三大公害，因而了解谐波产生的机理，研究和清除供配电系统中的高次谐波，对改于供电质量、确保电力系统安全、经济运行都有着十分重要的意义。

二、谐波的测量

2.1电力系统谐波测量的基本要求

2.1.1谐波测量方法和数据处理必须遵照1993年国家颁布的标准GB/T14549—93，即《电能质量公用电网谐波》。

2.1.2精度要求。为达到减少误差和精确测量的目的，须制定一些测量精度，以表示抗御噪声、杂波等非特征信号分量的能力。

2.1.3速度要求。要求具有较快的动态跟踪能力，测量时滞性小。

2.1.4鲁棒性好。在电力系统的正常、异常运行情况下都能测出谐波。

2.1.5实践代价小。此项要求往往与上述要求相冲突，在实践中应酌情考虑，在达到应用要求的前提下，应力求获得较高的性能价格比。

2.2电力系统谐波测量的基本方法

2.2.1.模擬电路

消除谐波的方法很多，即有主动型，又有被动型;既有无源的，也有有源的，还有混合型的，目前较为先进的是采用有源电力滤波器。但由于其检测环节多采用模拟电路，因而造价较高，且由于模拟带通滤波器对频率和温度的变化非常敏感，故使其基波幅值误差很难控制在10%以内，严重影响了有源滤波器的控制性能。

2.2.2.傅立叶变换

利用傅立叶变换可在数字域进行谐波检测，电力系统的谐波分析，目前大都是通过该方法实现的，离散傅立叶变换所需要处理的是经过采样和A/D转换得到的数字信号，设待测信号为x（t），采样间隔为t秒，采样频率=1/t满足采样定理，即大于信号最高频率分量的2倍，则采样信号为x（nt），并且采样信号总是有限长度的，即n=0，1……N-1。这相当于对无限长的信号做了截断，因而造成了傅立叶变换的泄露现象，产生误差。

2.2.3.小波变换

小波变换已广泛应用于信号分析、语音识别与合成、自动控制、图象处理与分析等领域。电力谐波是由各种频率成分合成的、随机的、出现和消失都非常突然的信号，在应用离散傅立叶变换进行处理受到局限的情况下，可充分发挥小波变换的优势。即对谐波采样离散后，利用小波变换对数字信号进行处理，从而实现对谐波的精确测定。小波可以看作是一个双窗函数，对一信号进行小波变换相当于从这一时频窗内的信息提取信号。

三、电网中谐波的危害与防治

3.1谐波的危害

3.1.1电力谐波对输电线路的影响

谐波电流使输电线路的电能损耗增加。当注入电网的谐波频率位于在网络谐振点附近的谐振区内时，对输电线路和电力电缆线路会造成绝缘击穿。

3.1.2谐波对变压器的影响

谐波电压的存在增加了变压器的磁滞损耗、涡流损耗及绝缘的电场强度，谐波电流的存在增加了铜损。对带有非对称性负荷的变压器而言，会大大增加励磁电流的谐波分量。

3.1.3谐波对电力电容器的影响

含有谐波的电压加在电容器两端时，由于电容器对谐波阻抗很小，谐

波电流叠加在电容器的基波上，使电容器电流变大，温度升高，寿命缩短，引起电容器过负荷甚至爆炸，同时谐波还可能与电容器一起在电网中造成电力谐波谐振，使故障加剧。

3.1.4影响继电保护和自动装置的工作可靠性

特别对于电磁式继电器来说，谐波常会引起继电保护及自动装置误动或拒动，使其动作失去选择性，可靠性降低，容易造成系统事故，严重威胁电力系统的安全运行。

3.1.5对用电设备的影响

谐波会使电视机、计算机的图形畸变，画面亮度发生波动变化，并使机内的元件温度出现过热，使计算机及数据处理系统出现错误，严重甚至损害机器。

此外，谐波还会对测量和计量仪器的指示不准确及整流装置等产生不良影响，它已经成为当前电力系统中影响电能质量的大公害。

3.2谐波的防治

3.2.1整流变压器采用Y/△或△/Y接线

为抑制3的倍数次的高次谐波，以整流变压器采用△/Y接线形式为例说明其原理，当高次谐波电流从晶闸管反串到变压器副边绕组内时，其中3的倍数次高次谐波电流无路可通，所以自然就被抑制而不存在。因为它们相位一致，只能在形绕组内产生环流，将能量消耗在绕组的电阻中，故原边绕组端子上不会出现3的倍数次的高次谐波电动势。

3.2.2尽量选用高功率因数的整流器

采用整流器的多重化来减少谐波是一种传统方法，用该方法构成的整流器还不足以称之为高功率因数整流器。高功率因数整流器是一种通过对整流器本身进行改造，使其尽量不产生谐波，其电流和电压同相位的组合装置，这种整流器可以被称为单位功率因数变流器（UPFC）。

3.2.3整流电路的多重化

整流电路的多重化，即将多个方波叠加，以消除次数较低的谐波，从而得到接近正弦波的阶梯波。重数越多，波形越接近正弦波，但其电路也越复杂，因此该方法一般只用于大容量场合。

3.2.4增加变压器的容量，减少回路的阻抗及切断传输线路法

由于非线性负载引起的畸变电流在电缆的阻抗上产生一个畸变电压降，而合成的畸变电压波形加到与此同一线路上所接的其它负载，引起谐波电流在其上流过，因此，减少谐波危害的措施也可从加大电缆截面积，减少回路的阻抗方式来实现。

3.2.5主管部门对所辖电网进行系统分析

正确测量，以确定谐波源位置和产生的原因，为谐波治理准备充分的原始材料;在谐波产生起伏较大的地方，可设置长期观察点，收集可靠的数据。对

3.2.6加强管理，多方出资，共同治理

谐波的治理，需要大量的投资，不能仅仅靠供电部门，要调动电力供需环节中的各个方面，在分清谐波来源基础上，走共同治理之路。

四、结论

综上所述，谐波防治是综合过程，是改善供电品质的重要手段。在具体体现上可采用减少回路阻抗，切断谐波传输路径达到科学合理用电，抑制电网污染，提高电源质量，降低电磁污染，减少能耗，提高电能利用率等。