分析电力系统谐波的产生因素及如何对其抑制

（中国计量大学 浙江杭州 310018）

摘要：科学技术不断发展进步的时代背景下，大家对于电力系统运行的要求越来越高。电力系统在运行过程中，可能会因为电气开关应用等原因产生不同类型的谐波，对电力系统运行造成不利影响。电气系统谐波主要包括暂态谐波以及稳态谐波。电力系统谐波的产生不但会导致相关附加损耗的增加，影响换流装置工作稳定性，而且还会导致通话清晰度下降，引发电网设备受损等。在今后的电力系统维护工作中，必须要针对谐波进行科学抑制。本文针对电力系统中的谐波产生原因进行分析，研究其带来的危害，探讨谐波抑制的主要途径，供大家参考和研究。

关键词：电力系统；谐波；产生因素；抑制方法

1. 前言

针对电力系统质量进行评价的过程中，除了判断其电压以及频率是否正常外，还可以针对其波形进行研究。在我国，电力系统波形采用的相关标准为SOH z的正弦波形。因为国内外针对发电机进行设计以及制造的过程中具备一定的质量标准，标准中对于波形提出十分严格的要求，在一定程度上，我们可以认为，来源于发电机的电压波形均属于标准正弦波形。然而，近年来，我国的工业化发展进程不断推进，电气化发展也取得明显进步，各种各样的非线性负荷开始形成。举个例子，在冶炼以及电气化铁路建设过程中开始出现你变负荷以及变频负荷等不同负荷，此类负荷的出现会导致电力系统在电压以及电流波形方面出现畸变。针对一个非正弦波形，应根据博立叶级数展开成基本频率和2倍以及3倍等数倍于基本频率的正弦波形的和。此类超过两倍的正弦波被纳入高次谐波范畴[1]。

2.电力系统谐波的产生因素及其危害

2.1电力系统谐波的产生因素

针对电气系统中出现的谐波，一般可以划分为两大类型，第一种属于暂态谐波；第二类属于稳态谐波。针对暂态谐波，主要是因为电力系统中选择应用的电气开关在实际操作中会产生此类谐波，此外，电力系统中的设备以及相关电力设备如果发生故障，也会导致此类谐波的形成。针对稳态谐波，主要是由电力系统中的非线性负荷诱发。此类非线性负荷主要包括三种，第一种是电流源谐波；第二种是电压源谐波；第三种是其他装置谐波。第一种谐波是因为大型电解电源等大功率交流装置的应用诱发。第二种谐波主要是因为电动机以及电焊机等设备的应用引发。第三种谐波主要是因为电视机以及荧光灯等电力装置的应用引发，此类装置在单个功耗方面虽然相对较少，但是因为其应用相对较广泛，数量也比其他类型装置要多，所以，其对电力系统注入的谐波分量也并不小。以上几种谐波中，电流源谐波对电力系统的影响最突出，电压源谐波产生的影响相对较小。目前，变频调速控制系统在实际生活和生产中的应用日渐广泛，其对电网构成的谐波污染也越来越严重。

2.2电力系统谐波产生的危害

电力系统中，谐波的存在会引发下列危害：

其一，谐波电流的出现会导致输电线路以及电动机等出现附加损耗，造成大电机以及变压器产生更多损耗，设备实际温度出现上升，引发较严重的机械振动，带来较大噪声污染。

其二，谐波中包含的低次谐波会导致换流装置在工作过程中出现不稳定的现象。

其三，谐波电流的产生会给通信设备及相关继电保护设备等造成干扰，不利于保证通话的畅通，导致通话清晰度下降，引发电话铃误响的问题，此外还可能造成继电保护装置出现误动等现象。

其四，如果谐波相对较严重，会导致电网消弧线圈在具體灭弧作用方面出现延迟，甚至造成灭弧作用受阻，引发单相重合闸失败的问题，也可能会导致自动重合闸时间出现延长。

其五，谐波的出现会对电能计量形成不利影响，引发误差问题。产生谐波的电网会向电力系统输送谐波，导致其功率出现少计量的现象，而受干扰的用户不得不吸收那些谐波功率，造成费用激增。

其六，谐波的产生会谐波过电压，导致电网设备受损。

其七，谐波的出现会导致电容器受损。电力系统中存在的谐波会给并联补偿电容器带来严重影响，一方面，会导致介质损耗出现上升，谐波次数越大，造成的损耗越严重，高次含量越大，意味着造成的损耗也随之增加，如此恶性循环，会造成电容器出现热击穿的问题；另一方面，会导致介质内部出现局部放电的现象，或者加剧这一问题。

3. 谐波抑制方法

现阶段，针对谐波进行抑制的途径主要有三种，第一种是从谐波发生源进行抑制；第二种是从配电系统进行抑制；第三种是从谐波抑制装置进行抑制。本文重点介绍谐波装置抑制谐波的详细做法。

3.1传统谐波抑制手段

传统的谐波抑制操作中，除了另外设置电力无缘滤波器之外，还可以针对变流器二次侧整流具体相数进行增加，实现对谐波的有效滤除。另外，要避免并联电容器组在谐波方面出现增加。并联电容器在电力系统中占据重要地位，可以针对功率因素进行提高，同时实现对波动电压的有效调节。然而，如果谐波出现时，相应参数下的电容器组会进一步方法谐波。为了防止电容器放大谐波，通常需要针对于电容串联的限流电抗器进行改变，或者电容器中部分之路转换为滤波器。也可以针对电容器实际投入容量进行科学限制。最后，可以针对电网短路容量进行增加，尽可能促进电力设备在短路比方面的提高，减小谐波对相关设备的干扰。

3.2新型谐波抑制手段

通常情况下，交流器在高次谐波方面会因为时间的变化而发生变化，选择静止滤波和补偿器进行应用不能实现对谐波的彻底滤除，也不能实现全部补偿的目的。如果选择有源滤波器进行使用，就能够获得良好的谐波滤除效果。有源电力滤波器实际上属于大功率波形发生器的范畴，其针对谐波进行采样以及180度移相处理之后，可以被全部复制出来，并输送至谐波源入网点[2]。复制出来的谐波以及原来的谐波在幅值上保持一致，但是其方向完全相反，同时，复制的谐波会因为原谐波发生变化而出现改变，所以，原谐波能够因此被抵消掉。有源滤波器可以划分为两大部分，第一部分属于指令电流计算电路；第二部分属于补偿电流发生电路。前者主要针对补偿对象电流中存在的谐波进行检测，同时检测具体的无功电流分量等。后者综合分析指令电流针对电路具体指令信号进行运算，形成所需补偿电流。通过APF检测，可明确谐波源负载电流毛具体谐波分量，给予运算操作后，顺利输出相关指令信号，通过补偿电流进行电路电流补偿，促使电源侧电源中不存在谐波，而只存在基波。

与无源滤波器相比，有源滤波器不但可以实现对各次谐波的有效补偿，而且还能够针对闪变进行有效抑制，同时补偿无功，具备极高的应用价值，且价格合理，经济性高。有源滤波器的特性不会因为系统阻抗等发生变化，能够避免系统阻抗过程中形成的谐振。有源滤波器具备良好的自适应功能，能够实现对变化中的谐波的自动化跟踪及实时补偿，显示出良好的可控性。但是， 有源滤波器在有功损耗方面相对较高，其综合成本相对较高，还未能普遍推广应用。

4.结语

有源滤波器的应用能够避免无源滤波器在具体运行中的各种弊端，克服其与电力系统发生谐波放大等缺陷，发挥良好的谐波抑制作用。如果促进无源滤波器以及有源滤波器两者的有效结合，形成混合滤波器，可以达到取长补短的目的，充分发挥两种滤波器的应用优势，该方案同时也属于谐波抑制方案研究中的一大重点内容。此外，采用单位功率因数变流器属于一种新的良好选择，其应用不会产生谐波，其具体功率因数等于1，是一种新兴变流器，可以促进无功补偿以及谐波抑制新技术研究的向前发展。

参考文献：

[1]钟庆，黄凯，王钢，张尧.不对称三相电压下电压源型换流器谐波分析与抑制策略[J].电力系统自动化，2014，04：79-85.

[2]范新春.谐波危害及抑制技术[J].科协论坛（下半月），2013，10：146-147.

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