周士超白立程
海林市农电公司黑龙江海林157100
摘要：随着节能环保的逐步深入要求，而电力系统中的谐波污染问题仍然较为严重，严重影响着电力系统的安全稳定运行，影响电力系统中的电能质量，产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，因此，必须对谐波污染进行有效的治理，确保电力系统正常的经济运行。本文针对电力系统谐波的污染危害及其相关治理措施进行分析，以期进一步改善供电质量和确保电力系统安全经济运行。
关键词：电力系统；谐波污染；谐波治理
1引言
随着电力电子技术的发展大型、高性能、新型的电力电子设备装置在电力系统中广泛应用，向电网注入了大量谐波，给电力系统的安全稳定、经济运行造成一定威胁。谐波污染已成为当今电力系统的公害之一，因此，防治谐波成为当前广大电力科研工作者和生产技术人员的重要任务。下文就电力系统的谐波污染及其治理进行阐述分析。
2谐波治理的重要性分析
随着国家对电力这一国民经济基础行业的重视，在电源和电网建设方面取得了长足进步，电能供需间矛盾正日趋缓解，但电能质量成为困扰电力供需双方新的难题。如果电能质量达不到规定的要求，会给工矿企业生产和人民群众日常生活带来很大的麻烦，造成无法挽回的损失。因此，有效降低和抑制电力系统中各次谐波，将谐波污染和危害控制在最低水平，对电网设备安全、经济和稳定运行有着巨大实际意义。
3电力系统中谐波的来源
谐波是对周期性非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍的各次分量，而基波是其频率与工频相同的分量。就电力系统中的三相交流发电机发出的电压来说，其正常波形是正弦量，即电压波形基本上无直流和谐波分量。
电力系统中的谐波源主要有：具有非线性电流电压特性的设备，如：感应炉、电弧炉、变压器等。装有电力电子器件对电流进行控制的设备，如：变流装置、变频器、交流控制器等方面。这些谐波源中，在设备的电源侧有整流回路的都会产生因其非线性引起的谐波。
在输出侧的逆变电路中，对于电压型电路来说，输出电压是矩形波。对电流型电路来说，输出电流是矩形波。矩形波中含有较多的谐波，对负载会产生不利影响，因此，即使电力系统中电源的电压是正弦波，会由于这些非线性元件的存在使得电网中总有谐波电流或电压的存在。因此，电网谐波的存在主要在于电力系统中存在各种非线性元件。
4电力系统谐波的危害分析
4.1对电力系统的影响
输电线路的电阻由于受阻抗频率特性的决定，电阻与频率成正比的关系。电力系统中携带的大量谐波电流因线路集肤效应的放大和扩张，使线路导线线损增长、损失增多。在电力系统的损失中，线路损耗所占比例很高，因此谐波是导致电网损失增加的一个重要因素。
4.2对电力电容器的影响
只要电力系统中存在电感和电容，就可构成简单的谐振回路。当系统频率成为或接近某次谐波分量的频率时系统将出现谐振，经放大后的谐波电流将严重威胁电容的运行。主要危害为两点：一是放大的谐波电流使电容器发热或因过电压无法正常运行；二是谐波电压随谐波电流放大而增加，增大电容器损耗，若在非正常状态下长时间运行，电容器使用寿命将会缩短。
4.3对变压器的影响
变压器在运行过程中，因受铁芯材质、工作原理的影响和作用，会产生空载损耗（也叫铁损）和短路损耗（也叫铜损），从而降低变压器的有效出力。变压器损耗受谐波电流影响明显，二者成正比例关系。在众多频率的谐波中以3K形式的谐波（K为正整数）影响较为明显。无论星形接线（“Y”或“y”），还是三角形接线（“D”或“d”），均会增加变压器损耗，从而导致变压器部件发热，老化加速，使变压器使用寿命减少。
4.4对电机的影响
在用电负荷中75%的设备是电动机。旋转中的电动机因谐波而产生大量附加损耗，是谐波危害的主要体现。磁带、涡流和集肤效应等随着频率的增高而使在旋转电机产生附加损耗增加，发热效应明显，从而降低电机运行效率、缩短电机寿命。
4.5污染公用电网
如果公用电网的谐波特别严重,则不但使接入该电网的设备(电视机、计算机等)无法正常工作,甚至会造成故障,而且还会造成向公用电网的中性线注入更多电流,造成超载、发热,影响电力正常输送,严重的甚至可能引发火灾。
4.6对通信线路产生干扰
在电力线路上流过幅度较大的奇次低频谐波电流时,通过电磁耦合,会在邻近电力线路的通信线路中产生干扰电压。轻则产生噪声,降低通信质量;重则导致信息丢失,使通信系统无法正常工作。
5抑制电力系统谐波影响的具体措施
5.1尽量选用高功率因数的整流器
选用整流器的多重化来减少谐波是一种传统方法,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)。该方法只能在设备设计过程中加以注意,从而得到实践中的谐波抑制效果。
5.2在谐波源处吸收谐波电流
对已有的谐波进行有效抑制的方法,这是目前电力系统使用最广泛的抑制谐波方法。
5.2.1无源滤波器
采用无源滤波器是传统的抑制谐波的方法。无源滤波器安装在电力电子设备的交流侧,由L、C、R元件构成谐振回路,当LC回路的谐振频率和某一高次谐波电流频率相同时,即可阻止该次谐波流入电网。由于具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠及维护方便等优点,无源滤波是目前采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。但这种装置的缺点是容易过载,在过载时会被烧损。因此,随着时间的改变以及配件老化或电网负载的变动,会改变谐波振频率,使滤波效果下降。
5.2.2有源滤波器
与无源滤波器相比,APF具有高度可控性和快速响应性,能补偿各次谐波,可抑制闪变、补偿无功,有一机多能的特点；在性价比上较为合理;滤波特性不受系统阻抗的影响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险;具有自适应功能,可自动跟踪补偿变化着的谐波。
5.2.3混合型滤波器
将有源电力滤波器与无源电力滤波器混合使用。其中,无源滤波器由3、5、7、9次单调谐滤波器支路及高通滤波器支路组成。有源滤波器由8个IGBT、直流电容及滤波电感构成。直流电容可为有源滤波器提供一个稳定的直流电压;滤波电感可减小有源滤波器产生的高频开关频率谐波。有源滤波器和无源滤波器串联后并人电网,由于有源滤波器不是直接对谐波电流进行消除,它所产生的补偿电压中只含有谐波电压,故其功率容量很小,具有良好的经济性。
5.2.4谐波保护器
采用磁性方法治理谐波比有源滤波器成本更低。谐波保护器从任何一种谐波对电路系统带来危害的本质上着手解决问题,即采用磁场吸收谐波能量的方法,具有很高的可靠性与使用寿命。此类产品如谐波保护器(HPD),采用了超微晶合金材料与创新科技的特别电路,能吸收各种频率各种能量的谐波干扰,将谐波消除在发生源,自动消除对用电设备产生的随机高次谐波和高频噪声、脉冲尖峰、电涌等干扰。
6结论
随着电力电子技术的迅猛发展，在治理电力系统谐波问题上会有更多治理措施涌现，有效抑制谐波对电网的污染，改善整个网络的电力品质,延长用户设备使用寿命,降低电磁污染环境,保证电网的安全、稳定、经济运行。
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