電力系統(tǒng)諧波監(jiān)測(cè)技術(shù)與治理對(duì)策分析

【摘 要】近年來(lái)，電網(wǎng)諧波呈現(xiàn)逐年升高的趨勢(shì)，長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)電力系統(tǒng)帶來(lái)了巨大的危害和損失，而且會(huì)影響周?chē)娜蹼娫O(shè)備，給人們的生活帶來(lái)不便。因此，準(zhǔn)確、有效、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)諧波并進(jìn)行治理，對(duì)于保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng);諧波監(jiān)測(cè);治理對(duì)策

1、電力系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生及危害

1.1電力系統(tǒng)中諧波的來(lái)源

諧波問(wèn)題是現(xiàn)代電網(wǎng)及電力系統(tǒng)中最為常見(jiàn)的問(wèn)題之一，長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)電力系統(tǒng)帶來(lái)了巨大的危害和損失。這些電網(wǎng)諧波來(lái)自于三個(gè)方面：一是發(fā)電源質(zhì)量不高產(chǎn)生諧波；二是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波；三是用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波。其中用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波最多，也就是說(shuō)來(lái)自發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備[1]。其中，具有非線性負(fù)載的用電設(shè)備（非線性設(shè)備）是諧波的最主要來(lái)源。

1.2諧波對(duì)電力系統(tǒng)的危害

諧波的產(chǎn)生會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)中的供電線路和用電設(shè)備造成巨大的危害，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

首先是對(duì)電系統(tǒng)中供電和配電線路的危害。目前，電力系統(tǒng)為保障電網(wǎng)線路與設(shè)備在故障情況下不發(fā)生危險(xiǎn)，一般在電力線路與電力變壓器中采用繼電器設(shè)備予以檢測(cè)保護(hù)。常用的主要有電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器或晶體管繼電器。但由于電磁式繼電器與感應(yīng)式繼電器在諧波影響下不能全面有效地起到保護(hù)作用，這可能為電力系統(tǒng)的安全事故埋下隱患。

電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波危害范圍最廣的還是對(duì)于電力設(shè)備的危害。對(duì)設(shè)備的危害及原因主要表現(xiàn)在對(duì)電力電容器的危害、對(duì)電網(wǎng)中變壓設(shè)備的危害、對(duì)繼電保護(hù)裝置的危害以及對(duì)周?chē)蹼娫O(shè)備的干擾等方面。

2、電力系統(tǒng)諧波的監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1模擬濾波器檢測(cè)方法

諧波監(jiān)測(cè)理論的研究經(jīng)歷了從初級(jí)到智能化的發(fā)展過(guò)程。其中采用模擬濾波器進(jìn)行諧波檢測(cè)的方法，可以稱之為電網(wǎng)諧波監(jiān)測(cè)的“鼻祖”。

圖1所示的是一種采用模擬并行濾波式諧波測(cè)量裝置，這也是模擬濾波器的典型檢測(cè)方法。采用模擬濾波器方法的優(yōu)點(diǎn)在于：檢測(cè)原理簡(jiǎn)單，電路結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)，造價(jià)低，對(duì)濾除一些固有頻率的諧波比較有效。但缺點(diǎn)在于其檢測(cè)環(huán)節(jié)多采用模擬電路，對(duì)溫度和諧波頻率的變化非常敏感，抗干擾能力較差；同時(shí)高階濾波器會(huì)產(chǎn)生附加相移，造成輸出信號(hào)畸變，且設(shè)計(jì)困難、誤差大。隨著諧波問(wèn)題的復(fù)雜化和檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，該方法目前已較少采用[1]。

2.2基于傅里葉變換的諧波檢測(cè)

基于傅里葉變換的諧波檢測(cè)方法是當(dāng)今應(yīng)用最為廣泛的一種方法。該方法的基本原理由基于離散博立葉變換及快速傅立葉變換。

傅里葉變換的檢測(cè)方法因?yàn)槠渚容^高，功能較多，使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。但在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)了一些缺點(diǎn)，比如檢測(cè)時(shí)檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)和檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)性較差[2]；而且在采樣過(guò)程中，當(dāng)信號(hào)頻率和采樣頻率不一致時(shí)，會(huì)產(chǎn)生頻譜泄漏效應(yīng)和柵欄效應(yīng)，影響檢測(cè)精度。因此需要對(duì)原始的傅里葉變化方法進(jìn)行改進(jìn)，目前常用的方法有：利用鎖相環(huán)技術(shù)、采用加窗算法、進(jìn)行插值計(jì)算及雙峰譜線修正等。

2.3基于小波變換的檢測(cè)方法

隨著計(jì)算方法的快速發(fā)展，多種新的諧波檢測(cè)技術(shù)層出不窮。目前諧波監(jiān)測(cè)算法向復(fù)雜化、智能化發(fā)展，求解方法從直觀的函數(shù)解析，進(jìn)入復(fù)雜的數(shù)值分析和信號(hào)處理領(lǐng)域。其中小波變換是近幾年掀起熱潮的一個(gè)國(guó)際前沿領(lǐng)域，它是在傅立葉變換的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新的信號(hào)處理方法 [1， 2]。

小波變換的方法是基于小波理論，其是一種時(shí)域—頻域分析方法，它介于純時(shí)域的方波分析和純頻域的傅立葉分析之間，具有良好的局部化性質(zhì)。在實(shí)際電網(wǎng)諧波監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，小波變換方法的優(yōu)勢(shì)明顯。它可以根據(jù)信號(hào)的不同頻率成分，在時(shí)域或頻域自動(dòng)調(diào)節(jié)取樣的疏密：頻率高時(shí)，則密；頻率低時(shí)，則疏。同時(shí)遞推最小二乘法的應(yīng)用使該方法適用于諧波在線跟蹤，使得測(cè)量更符要求。尤其適用于目前常見(jiàn)的非穩(wěn)定性諧波信號(hào)，其實(shí)時(shí)性較好，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用[3]。

3、電力系統(tǒng)諧波治理對(duì)策

3.1通過(guò)改造諧波源來(lái)抑制諧波產(chǎn)生

對(duì)于電力系統(tǒng)諧波的治理應(yīng)該追本溯源，從諧波產(chǎn)生的源頭進(jìn)行消除最為有效。基于改造諧波源本身的諧波抑制方法一般有四種主要方法[1]。（1）增加整流變壓器二次側(cè)整流的相數(shù)，可以較好地消除低次特征諧波，一般在工程設(shè)計(jì)中予以考慮；（2）整流變壓器采用Y/或/Y接線，是抑制高次諧波的最基本方法，多用于大容量的整流裝置負(fù)載；（3）盡量選用高功率因數(shù)的整流器，通過(guò)對(duì)整流器本身進(jìn)行改造，使其盡量不產(chǎn)生諧波；（4）通過(guò)整流電路的多重化，將多個(gè)方波疊加，可以消除次數(shù)較低的諧波，從而得到接近正弦波的階梯波，但該方法一般只用于大容量場(chǎng)合。

3.2通過(guò)諧波隔離進(jìn)行抑制

對(duì)于非線性用電設(shè)備來(lái)說(shuō)，它們產(chǎn)生的諧波危害很大。不僅會(huì)對(duì)本級(jí)電網(wǎng)產(chǎn)生很大的影響，而且在經(jīng)過(guò)變壓器后，這些諧波的危害還會(huì)不斷擴(kuò)大，進(jìn)而影響到上幾級(jí)的電網(wǎng)。因此采用諧波隔離方法是消除諧波干擾的重要措施，通過(guò)將電網(wǎng)中的非線性用電設(shè)備進(jìn)行隔離，使其產(chǎn)生的諧波不影響或少影響其他幾級(jí)電網(wǎng)，這是電網(wǎng)諧波治理的一個(gè)基本方法。目前這一方法在電網(wǎng)諧波治理中廣泛采用。為了把發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的三次和九次的零序分量諧波與上級(jí)電網(wǎng)隔離開(kāi)來(lái)，具體做法是使發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能經(jīng)過(guò)Y/△、Y0/△、Y0/Y等接線組別的變壓器來(lái)抑制。

3.3通過(guò)安裝濾波器去除諧波

對(duì)于電力系統(tǒng)的諧波治理，從變電所側(cè)和用戶側(cè)的角度著手也是諧波治理的一個(gè)策略。目前電網(wǎng)中多采用安裝濾波器來(lái)減少諧波分量，其中分為有源濾波器和無(wú)源濾波器兩大類。無(wú)源濾波器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，維護(hù)成本也很低；但由于結(jié)構(gòu)原理上的原因，在應(yīng)用中存在著許多難以克服的缺點(diǎn)[2]，尤其是動(dòng)態(tài)性能較差，穩(wěn)定性不強(qiáng)。

有源電力濾波器是一種能夠彌補(bǔ)無(wú)源濾波器不足的一種新型諧波抑制設(shè)備，主要用于動(dòng)態(tài)抑制諧波并且能對(duì)大小變化的諧波以及變化的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償。它的基本原理是從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量，成為目前對(duì)對(duì)諧波進(jìn)行抑制的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)[4]。

4、結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)生活水平的提高，人們對(duì)環(huán)境的質(zhì)量要求升級(jí)，使得電能質(zhì)量問(wèn)題已越來(lái)越引起用戶和供電部門(mén)的重視。其中“諧波污染”已經(jīng)成為電網(wǎng)內(nèi)三大公害之一，為保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，對(duì)于諧波問(wèn)題的影響只有各方面都重視起來(lái)，進(jìn)行綜合治理，才能還電力系統(tǒng)一個(gè)干凈的環(huán)境。參考文獻(xiàn)

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[3]任震.小波分析及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[M].北京:中國(guó)電力出版社，2003

[4]陳繼承，陳國(guó)柱，呂證宇，等.有源電力濾波用諧波計(jì)算中的濾波器設(shè)計(jì)[C].浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，第14屆全國(guó)電源技術(shù)年會(huì)論文集.