電力系統(tǒng)諧波及其抑制技術(shù)

張小金

（福建省福安市供電有限公司，福建 福安355000）

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，從小功率的家用電器到大功率的變流裝置的廣泛應(yīng)用，供電系統(tǒng)中增加了大量的非線性負載，引起了電網(wǎng)內(nèi)高次諧波顯著增加，如果供電系統(tǒng)長期處于這種運行狀況，將導(dǎo)致變壓器過熱、能量損耗增加、功率因素降低、造成電能和設(shè)備利用率不足，繼而出現(xiàn)過流、過壓、過熱，絕緣老化等現(xiàn)象，使整個電網(wǎng)處于一個不安全的運行狀態(tài)。

但在我們?nèi)粘＝ㄔO(shè)的工程中，改善電網(wǎng)質(zhì)量的方式采用較多的是進行無功功率電容集中補償，很少注意到諧波對用電設(shè)備和電網(wǎng)帶來的危害，大量諧波頻率的產(chǎn)生很大地影響了電器設(shè)備的使用及電網(wǎng)的質(zhì)量，嚴重時還可能危及到電網(wǎng)中的其他各類電氣設(shè)備的損毀及破壞電網(wǎng)的正常使用。 在此，我們主要探討諧波產(chǎn)生的原因及其危害分析，并提出抑制供電系統(tǒng)中諧波的對策。

1 諧波定義

供電系統(tǒng)諧波的定義是：對周期性非正弦電量進行傅立葉級數(shù)分解,除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量,還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量,這部分電量稱為諧波。諧波頻率 與基波頻率的比值(n=fn/f1)稱為諧波次數(shù)。 電網(wǎng)中有時也存在非整數(shù)倍諧波,稱為非諧波(Non-harmonics)或分數(shù)諧波。諧波實際上是一種干擾量,使電網(wǎng)受到一定程度的“污染”,其諧 波次數(shù)范圍一般為2≤n≤40。

2 電力諧波的特征

在理想的電力系統(tǒng)中，三相交流發(fā)電機發(fā)出的電壓波形基本是正弦波形。 即在只含線性元件(電阻、電感及電容)的簡單電路里,電流與電壓成正比,流過的電流是正弦波。 而在實際的供電系統(tǒng)中,由于有非線性負荷的存在,當(dāng)電流流過與所加電壓不呈線性關(guān)系的負荷時,就形成非正弦電流,其負荷圖形(電流或電壓波形)幾乎全是非對稱的、磁滯形的以及轉(zhuǎn)折形的, 并且斜率也是隨負荷而變的,任何周期性波形均可分解為一個基頻正弦加上許多諧波頻率的正弦。 諧波頻率是基頻的整倍數(shù), 例如基頻為50Hz，2 次諧波為100Hz，3 次諧波則為150Hz。 畸變的電流波形可能有2 次諧波、3 次諧波……可能直到第30 次諧波組成。 諧波電流的量取決于諧波源設(shè)備本身的特性及其工作狀況,而與電網(wǎng)參數(shù)無關(guān),故可視為恒流源。各種晶閘管電路產(chǎn)生的諧波次數(shù)與其電路形式有關(guān),稱為該電路的特征諧波。 除特征諧波外,在三相電壓不平衡,觸發(fā)脈沖不對稱或非穩(wěn)定工作狀態(tài)下, 各種晶閘管電路還會產(chǎn)生非特征諧波。進行諧波分析和計算最有意義的是特征諧波,如5、7、11、13 次等。

3 國內(nèi)外研究狀況和進展

3.1 國外研究現(xiàn)狀

國外對電力諧波問題的研究大約開始于20 世紀五六十年代，當(dāng)時的研究主要是針對高壓直流輸電技術(shù)中變流器引起的電力系統(tǒng)諧波問題。20 世紀七八十年代隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及其在工業(yè)、交通及家庭中的廣泛應(yīng)用，諧波問題日趨嚴重，從而引起各國的高度重視。 近幾十年間電力諧波的研究，滲透到了數(shù)字信號處理、計算技術(shù)、系統(tǒng)仿真、電工理論、控制理論與控制技術(shù)、電網(wǎng)絡(luò)理論、電力電子學(xué)等其它學(xué)術(shù)領(lǐng)域，已經(jīng)越過了電力系統(tǒng)的范疇，并且形成了自己特有的理論體系、分析研究方法、控制與治理技術(shù)、監(jiān)測方法與技術(shù)、限制標準與管理制度等。 目前，諧波研究仍是一個非常活躍的領(lǐng)域。 抑制諧波可以從治理諧波源本身入手，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)為l，單位功率因數(shù)變流器就是可以實現(xiàn)這種功能的電力電子裝置。 但由于諧波源的多樣性，在電網(wǎng)中一般還是加裝濾波器的方法來抑制高次諧波，這些裝置一般可分類為無源濾波器和有源濾波器兩種。

3.1.1 無源濾波裝置

在電力系統(tǒng)中，裝設(shè)無源電力濾波器(PF-Passive Filter)-直是傳統(tǒng)補償諧波的主要手段，其突出的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠性高、運行費用低舊。 但是設(shè)計出濾波性能理想的無源濾波器也不是一件簡單的事。 無源濾波器的濾波原理是使負載諧波電流在電網(wǎng)支路和濾波器支路分流，因此其濾波性能受系統(tǒng)阻抗的影響較大。 為了減小電網(wǎng)支路中的諧波，濾波器支路的阻抗須遠遠低于電網(wǎng)支路阻抗。 由于電網(wǎng)阻抗原本就不是很大，若要使濾波器支路阻抗在主要諧波頻率處遠小于電網(wǎng)諧波支路阻抗，需加裝多個無源濾波器，它們的調(diào)諧頻率設(shè)計在電網(wǎng)的主要諧波頻率處，且所有調(diào)諧濾波器必須擁有較高的品質(zhì)因數(shù)，否則，加裝無源濾波器就起不到明顯的諧波抑制作用。 然而，這樣設(shè)計的無源濾波器對電網(wǎng)頻率的變化是極其敏感的， 電網(wǎng)頻率稍微偏離額定頻率點，無源濾波器的濾波性能將大幅度下降。 此外，電網(wǎng)阻抗的變化、濾波器元件的生產(chǎn)容差、老化或其它原因引起的參數(shù)偏離理想設(shè)計值，也將導(dǎo)致無源濾波器濾波性能的下降。 為了使無源濾波器在這些情況下也具有一定的濾波效果，往往以犧牲在電網(wǎng)主要諧波頻率處的濾波效果為代價來適當(dāng)?shù)亟档推焚|(zhì)因數(shù)。

并且， 安裝LC 無源濾波器很有可能在系統(tǒng)中形成串并聯(lián)諧振回路，導(dǎo)致電網(wǎng)諧波電流的傳播和放大，造成電網(wǎng)電壓波形的畸變。 為了避免在主要諧波頻率處發(fā)生串并聯(lián)諧振，無源濾波器的調(diào)諧頻率往往設(shè)計成稍偏離主要的諧波頻率，而這又將影響無源濾波器的濾波性能。

即使可以成功地解決以上問題，因電網(wǎng)電壓諧波和其它負載產(chǎn)生的諧波電流流人無源濾波器而造成的無源濾波器過載，也是比較棘手的問題。 因此，采用無源濾波器技術(shù)是很難將電網(wǎng)諧波限制在國際或國家標準以內(nèi)的。 此外，由于無源濾波器由大容量的電抗器和電容器組成， 整機體積龐大，造價高，雖然在某些大型煉鋼廠仍有使用，但必將被效率高、動態(tài)補償特性好的新型有源濾波器所取代。

3.1.2 有源濾波裝置

目前諧波抑制的趨勢是采用有源電力濾波器(APF-Active Power Filter)，它是一種電力電子裝置，能對頻率和大小都變化的諧波進行動態(tài)補償， 補償特性不受電網(wǎng)阻抗和頻率變化的影響，可獲得比無源濾波器更好的補償效果，是一種理想的諧波補償裝置。 而且，通過改變控制算法可以實現(xiàn)多種功能，如抑制諧波、補償無功、抑制閃變、補償相間不平衡等，因而引起了人們極大的關(guān)注。

隨著20 世紀60 年代以來新型電力半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)的發(fā)展，以及基于瞬時無功功率理論的提出，針對無源濾波器的缺陷，在1969 年Bird 和Marsh 等人提出了向電網(wǎng)中注入三次諧波電流以減少電源系統(tǒng)中電流的諧波成分，這是(Active Power Filter) APF 思想的萌芽嘲。之后，1971 年，H.Sasaki 和T.Machida 首次完整地描述了有源電力濾波器的基本原理，但是由于當(dāng)時是采用線性放大的方法產(chǎn)生補償電流，其損耗大，成本高，因而僅在實驗室研究，未能在工業(yè)中實用。 1976 年Gyugyi 等人提出了用大功率晶體管PWM 變換器構(gòu)成有源濾波器， 并正式提出了有源濾波的概念，提出了有源濾波囂的主電路的基本拓撲結(jié)構(gòu)和控制方法，從原理上闡明了有源電力濾波器是一種理想的諧波電流發(fā)生器，并討論了實現(xiàn)方法和控制原理，奠定了有源電力濾波器的基礎(chǔ)。 從原理上看，PWM 變流器是一種理想的補償電流發(fā)生電路， 但是由于當(dāng)時電力電子的發(fā)展水平不高，全控型器件功率小，頻率低，因而有源濾波器僅限于實驗研究。在20 世紀80 年代由于大功率全控型功率器件的成熟，大功率晶體管(GTR)、大功率可關(guān)斷晶閘管(GTO)、靜電感應(yīng)晶閘管(STH)、功率場效應(yīng)管(MOSFET)及絕緣柵型雙極性晶體管(IGBT)等新型快速大容量功率開關(guān)器件相繼何世，脈寬調(diào)制(PWM)控制技術(shù)的發(fā)展，尤其是1983 年日本的H.Akagj 等人提出了 “三相電路瞬時無功理論113l (Iristntarieoris Reactive Power Theory)”又稱“p-q 理論”、“Akagi-Nabae 理論一，以該理論為基礎(chǔ)的諧波電流瞬時檢測方法的在三相電力濾波器中得到了成功的應(yīng)用， 在高性能DSP 芯片也得到了應(yīng)用，使有源電力濾波器APF 得以迅速發(fā)展。APF 通過向電網(wǎng)注入諧波及無功或改變電網(wǎng)的綜合阻抗頻率特性， 以改善波形，除了具有相應(yīng)速度快， 具有很好的動態(tài)實時補償功能等優(yōu)點外，還具有可進行無功補償，抑制電壓閃變等多種功能。 因此APF 逐漸成為了一種具有很大潛在應(yīng)用價值的諧波補償裝置，并開始得到迅速的發(fā)展。 但由于全控型功率器件的成本及性鈍，制約了APF 的實際應(yīng)用，目前只有在日本得到比較廣泛的推廣。

APF -般分為并聯(lián)型、串聯(lián)型和混合型三種。 從補償?shù)慕嵌葋砜?，APF 可以分為無功補償、諧波補償、平衡三種系統(tǒng)電壓或電流以及多種補償。常規(guī)的并聯(lián)型APF 可以同時補償諧波電流和無功，屬于多重補償?；旌螦PF 只能補償諧波電流，屬于諧波補償。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 非線性負荷用電設(shè)備的種類、數(shù)量和用電量迅速增加。 針對諧波的大量出現(xiàn)，目前國外已經(jīng)研制成功各種諧波測量分析儀，如德國產(chǎn)的NOWA-1 諧波分析儀、美國產(chǎn)F40/41 手持式諧波分析儀和英國產(chǎn)PA 系列高精度電力諧波分析儀等。

3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國在有源電力濾波器的應(yīng)用研究方面，繼日本、美國、德國等之后，得到學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的充分重視，并投入了大量的人力和物力，但和電子工業(yè)發(fā)達的國家相比有一定的差距。 我國從20 世紀80 年代開始大量采用硅整流設(shè)備，尤其是鐵路電氣化的迅速發(fā)展， 推動了硅整流技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。 電氣化鐵道具有牽引重量大、速度高、節(jié)約能源、對環(huán)境污染小等優(yōu)點，電力牽引己成為我國鐵路動力改造的主要方向。 目前，非線性負荷的大量增加，使我國不少電網(wǎng)的諧波成分以大大超過了有關(guān)標準， 并出現(xiàn)了一些危及電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行的問題。 于此同時，我國許多科研和生產(chǎn)單位，一些高等院校相繼開展了諧波研究工作，在多次學(xué)術(shù)會議上交流了這一方面的成果。

但是，我國在APF 方面的研究仍處于起步階段，到1989年才有這方面文章。研究APF 主要集中在并聯(lián)型、混合型，也開始研究串聯(lián)型。 研究最成熟的是并聯(lián)型，而且主要以理論眼界和實驗研究為主。 理論上涉及到了功率理論的定義、諧波電流的監(jiān)測方法、有源電力濾波器的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性研究等。1991 年北方交通大學(xué)王良博士研制出3KVA 的無功及諧波的動態(tài)補償裝置；同年，華北電力科學(xué)院和冶金自動化研究院聯(lián)合研制了用于380V 三相系統(tǒng)的33KVA 雙極面結(jié)型電壓型濾波器； 采用多重化技術(shù)201， 西安交通大學(xué)研制出120KVA 并聯(lián)型有源濾波器的實驗樣機。 此外，清華大學(xué)、華北電力大學(xué)、重慶大學(xué)等高等院校也對APF 展開了深入的理論研究。 我國雖在理論上取得一定的進展，由于多方面的條件的限制，我國的有源濾波技術(shù)還處于實驗階段，工業(yè)應(yīng)用上只有少數(shù)幾臺樣機投入運行， 如華北電力實驗研究所、冶金部自動化研究院和北京供電公司聯(lián)合開發(fā)研究的有源高次諧波抑制裝置于1992 年在北京木材廠中心變電站投入工業(yè)運行，該裝置采用了三個單相全控橋逆變器（功率開關(guān)為GTR），用于低壓電網(wǎng)單個諧波源的諧波補償，且只能補償幾個特定次數(shù)的諧波（5、7、11、13 次），調(diào)制載波的頻率(3.3KHZ)不高；河南電力局與清華大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的20MVA 靜止無功發(fā)生器（包含有源諧波器）在鄭州孟若變電站進行300KVA 中間工業(yè)樣機試運行，該樣機主電路由18 脈沖電壓型逆變器、直流儲能電容器、9 臺曲折繞組變壓器及系統(tǒng)的連接變壓器組成，脈沖逆變器分為3 相6 脈沖電壓型逆變器(功率開關(guān)為GTO)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

總的來講， 目前我國有源電力濾波技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用，仍處于試驗和攻堅階段。

4 諧波的產(chǎn)生

自從使用交流電起，電力系統(tǒng)中就已存在諧波了。 國際上公認的諧波定義為：“諧波是正弦波分量并且是一個周期電氣量的，其頻率為基波的整數(shù)倍”。 在電力系統(tǒng)中，我們通常所說的諧波，也是我們常稱的高次諧波，主要是指頻率是基波頻率整數(shù)倍的lF 弦波。

4.1 電輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波

輸配電系統(tǒng)中的諧波主要是電力變壓器，“生的，這是由于設(shè)計變壓器時考慮經(jīng)濟性，磁化曲線的非線性，變壓器鐵心的飽和， 加上其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。 它的大小與鐵心的飽和程度、磁路的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。 諧波電流越大，變壓器工作點偏離線性就越遠，鐵心的飽和程度就越高，其中3 次諧波電流可達額定電流的0.5%。輸配電系統(tǒng)和電源雖然產(chǎn)生諧波， 但這2 方面產(chǎn)生的諧波所占的比例是很小的。

4.2 電源質(zhì)量不高產(chǎn)生的諧波

由于鐵心也很難做到絕對均勻一致，和三相繞組在制作上很難做到絕對對稱，加上發(fā)電機是產(chǎn)生電能的裝置，致使電源多少也會產(chǎn)生一些諧波。

4.3 用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波

電網(wǎng)主要的諧波源就是用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波，且這方面的諧波占比很大。

5 電力諧波造成的危害

電力諧波作為一種污染,對電網(wǎng)造成的危害十分嚴重。它能使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低,使電器設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪聲,并使絕緣老化、使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障 或燒毀；它可引起電力系統(tǒng)局部諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備損壞； 它能引起繼電保護和自動裝置誤動作,使電能計量出現(xiàn)混亂。 另外,還對通訊設(shè)備和電子設(shè)備產(chǎn)生嚴重干擾等等。 電力諧波的危害主要表現(xiàn)有以下幾方面:

5.1 增加輸、供和用電設(shè)備的額外附加損耗產(chǎn)生的影響

5.1.1 電力諧波對輸電線路的影響

諧波電流使輸電線路的電能損耗增加。 當(dāng)注入電網(wǎng)的諧波頻率位于在網(wǎng)絡(luò)諧振點附近的 諧振區(qū)內(nèi)時,對輸電線路和電力電纜線路會造成絕緣擊穿。

5.1.2 電力諧波對變壓器的影響

諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗、 渦流損 耗及絕緣的電場強度,諧波電流的存在增加了銅損。 對帶有非對稱性負荷的變壓器而言,則會大大增加勵磁電流的諧波分量。

5.1.3 電力諧波對電力電容器的影響

含有電力諧波的電壓加在電容器兩端時, 由于電容器對電力諧波阻抗很小,諧波電流疊加在電容器的基波上,使電容器電流變大、溫度升高、壽命縮短,引起電容器過負荷甚至爆炸, 同時諧波還可能與電容器一起在電網(wǎng)中造成電力諧波諧振,使故障加劇。

5.2 影響繼電保護和自動裝置的工作可靠性

對于電磁式繼電器來說, 電力諧波常會引起繼電保護及自動裝置誤動或拒動,使其動作失去選擇性,導(dǎo)致可靠性降低,容易造成系統(tǒng)事故,嚴重威脅電力系統(tǒng)的安全運行。

5.3 對通信系統(tǒng)工作產(chǎn)生干擾

電力線路上流過幅值較大的奇次低頻諧波電流通過磁場耦合時,會在鄰近電力線的通信線路中產(chǎn)生干擾電壓,干擾通信系統(tǒng)的工作,影響通信線路通話的清晰度,甚至在極端的情況下,還會威脅著通信設(shè)備和人員的安全。

5.4 對用電設(shè)備的影響

電力諧波會使電視機、計算機的圖形畸變,畫面亮度發(fā)生波動變化,并使機內(nèi)的元件溫度出現(xiàn)過熱;使計算機及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤,甚至損害機器。另外電力諧波還會對測量和計量儀器的指示及整流裝置等產(chǎn)生不良影響。

6 諧波檢測的幾種方法比較

6.1 模擬濾波器檢測法

優(yōu)點是原理和實現(xiàn)電路簡單、造價低、輸出阻抗低、品質(zhì)因素易于控制。 但存在諸多缺點：實現(xiàn)電路的濾波中心頻率對元件參數(shù)十分敏感、受外界環(huán)境影響較大、難以獲得理想幅頻和相頻特性；電網(wǎng)頻率波動不僅影響檢測精度，而且檢測出的諧波中含有較多的基波分量： 當(dāng)需要檢測多次諧波分量時，實現(xiàn)電路變得復(fù)雜，其電路參數(shù)設(shè)計難度隨之增加；運行損耗大。 由于上述嚴重缺陷，隨著電力系統(tǒng)諧波檢測要求的提高及新的諧波檢測方法日益成熟， 該方法已極少采用。

6.2 基于Fryze 傳統(tǒng)功率定義的諧波檢測法

原理是將負荷電流分解為與電壓波形一致的分量（“有功電流”），其余分量作為廣義無功電流（包括諧波電流）。 因為Fryze 功率定義是建立在平均功率基礎(chǔ)上， 所以要求瞬時有功電流需要一個周期的積分，需要一個周期才能得出檢測結(jié)果，再加上其它運算電路，需要有幾個周期的延遲。 因此，用這種方法求得的“瞬時有功電流”實際上是幾個周期前電流，實時性不好。

6.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Neural Network，NN)諧波檢測法

目前，此檢測法的相關(guān)研究文獻迅速增加，并取得了～些工程應(yīng)用或成果，概括起來有兩個方面：

一是， 提出了基于多層前饋網(wǎng)絡(luò)NN 的電力系統(tǒng)諧波檢測方法， 該方法利用多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來進行諧波檢測；二是， 將Adaline 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和自適應(yīng)對消噪聲技術(shù)相結(jié)合進行諧波檢測。 諧波NN 檢測方法優(yōu)點：

（1）計算量小

（2）檢測精度高

（3）對數(shù)據(jù)流長度的敏感性低于FT 和WT

（4）實時性好，可以同時檢測任意整數(shù)次諧波

（5）抗干擾性好

在諧波檢測中可以應(yīng)用一些隨機模型的信號處理方法，對信號源中的非有效成份（如直流衰減分量）當(dāng)作噪聲處理，克服噪聲等非有效成份的影響。 但是，NN 用于工程實際還有很多問題：沒有規(guī)范的NN 構(gòu)造方法，需要大量的訓(xùn)練樣本，如何確定需要的樣本數(shù)沒有規(guī)范方法，NN 的精度對樣本有很大依賴性等。 另外，NN 和WT-樣，都屬于目前正在研究的新方法，研究和應(yīng)用時間短，實現(xiàn)技術(shù)上需完善，因此，目前在工程應(yīng)用中未優(yōu)先選用。

6.4 基于傅里葉變換的諧波檢測法方法

這種檢測方法檢測精度高、實現(xiàn)簡單、功能多且使用方便，在諧波檢測方面得到廣泛應(yīng)用。 傅里葉分析具有如下局限性：

（1）FFT 需要一定時間的采樣值計算量大， 計算時間長，使得檢測時間較長，檢測結(jié)果實時性差。

（2）沒有反映出隨時間變化的頻率，當(dāng)人們需要在任何希望的頻率范圍上產(chǎn)生頻譜信息時，F(xiàn)FT 不一定適用。

（3）由于一個信號的頻率與其周期長度成正比，對于高頻譜的信息時間間隔要相對地小以給出比較好的精度，而對于低頻譜的信息， 時間間隔要相對地寬以給出完全的信息，亦即需要一個靈活可變的時間一頻率窗，使在高“中心頻率”時自動變窄，而在低“中心頻率”時自動變寬，F(xiàn)FI 自身并沒有這個特性，目前諧波FFT 檢測都是基于這樣的假設(shè)：波形是穩(wěn)態(tài)和周期的，采樣的周波數(shù)是整數(shù)的，針對FFT 這一局限，1946 年Gabor 提出的短時傅里葉變換。 又稱加窗FI 或Gabor變換，對彌補FT 不足起了一定作用，但并沒有徹底解決這個問題。

（4）從摸擬信號中提取全部頻譜信息需要取無限的時間量， 使用過去的和將來的信號信息只能計算醫(yī)域頻率的頻譜。

（5）為了減小誤差，通常采用以下算法解決：加窗算法、插值算法、雙峰譜線修正算法。

6.5 小波變換檢測法

是時間和頻率的局域變換，因而能有效地從信號中提取有用的信息，通過伸縮和平移等運算功能對函數(shù)或信號進行多尺度細化分析(Multiscale Analysis)，解決了傅立葉變換不能解決的許多困難問題，因而贏得了“數(shù)字顯微鏡”的美譽。 小波變換適用于穩(wěn)態(tài)信號的研究， 也適用于時變信號的研究。對波動諧波，快速變化諧波檢測有很大優(yōu)越性。 是目前波動諧波和快速變化諧波的主要檢測方法。 小波變換克服了FT在頻域完全局部化而在時域完全無局部化的缺點。 但是WT穩(wěn)態(tài)諧波檢測方面并不具備理論優(yōu)勢；另一方面WT 的理論和應(yīng)用時間相對較短，WT 應(yīng)用在諧波測量方面尚處于初始階段，存在許多不完善的地方，如缺乏系統(tǒng)規(guī)范的最小波基的選取方法，缺乏構(gòu)造頻域行為良好，即分頻嚴格，能量集中的小波函數(shù)以改善檢測精度的規(guī)范方法。

7 電力諧波的抑制措施

7.1 嚴格貫徹執(zhí)行有關(guān)電力諧波的國家標準,有效杜絕諧波源入網(wǎng)

《中華人民共和國電力法》指出:“用戶用電不得危害供電、用電安全和擾亂供電、 用電秩序”,《供電營業(yè)規(guī)則》 中規(guī)定:“用戶的非線性阻抗特性的用電設(shè)備接入電網(wǎng)運行所注入電網(wǎng)的諧波電流和引起公共連接點至正弦波畸變超過標準時,用戶必須采取措施予以消除。 ”

（1）對于電力用戶來說,要求所購置的用電設(shè)備必須符合GBl7625.1《低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值(設(shè)備每相輸入電流≤16A)》標準,方可允許接入到配電系統(tǒng)中。

（2）根據(jù)國家技術(shù)監(jiān)督局1993 年頒發(fā)的GB/T14549《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》,規(guī)定注入公共連接點的諧波電流允許值的用戶,必須安裝電力諧波濾波器,以限制注入公用電網(wǎng)的諧波。

（3）嚴格業(yè)擴報裝審批手續(xù),對新上用戶設(shè)備的負荷特性嚴格審查,對大容量的諧波源,其相關(guān)的諧波抑制設(shè)備不配套,諧波注入量不達標,不予驗收送電。

（4）對于新建、再建、擴建工程的用戶,監(jiān)督其選用不產(chǎn)生諧波的電氣設(shè)備。

7.2 貫徹“誰污染,誰治理”的原則,實施綠色電網(wǎng)工程

治理諧波污染的核心內(nèi)容是有效控制污染源, 堵住客戶向電網(wǎng)注入超標的諧波電流。 供電公司應(yīng)該制定相應(yīng)的考核措施,堅定不移地貫徹“誰污染,誰治理”的原則,實施綠色電網(wǎng)工程,牢牢掌握治理諧波污染的主動權(quán)。

7.3 加強對與大用戶諧波污染的監(jiān)測和管理

由于電弧爐冶煉技術(shù)經(jīng)濟的優(yōu)越性, 電弧爐的市場用量日益增多,已成為電網(wǎng)中的主要諧波源。對于容量在100kVA及以上整流裝置和非線性設(shè)備的用戶, 必須增設(shè)分流濾波裝置,就近吸收電力諧波。強制性要求裝設(shè)諧波檢測設(shè)備和諧波計量儀表, 定期對諧波污染嚴重用戶的諧波污染狀況進行定量檢查,為實施諧波計量和收費提供準確的依據(jù)。對于超過國家標準的設(shè)備擁有者,必須給予適當(dāng)?shù)慕?jīng)濟處罰。

7.4 大力普及諧波管理知識,宣傳諧波對電網(wǎng)的危害

使供電企業(yè)職工與電力用戶都能夠充分認識到, 諧波治理不僅是供電企業(yè)的責(zé)任, 而且也是供電企業(yè)和電力用戶的共同責(zé)任,減少電網(wǎng)諧波污染,提高電能質(zhì)量,對雙方都有裨益。

7.5 充分認識諧波對電網(wǎng)的危害

在供電企業(yè)內(nèi)部把諧波管理指標與經(jīng)濟責(zé)任制考核掛鉤, 建立健全諧波管理體系,組織專業(yè)管理隊伍,對諧波進行專業(yè)管理,開展諧波專業(yè)分析與治理。

7.6 對高壓直流(HVDC) 諧波的抑制

高壓直流(HVDC)輸電方式在遠距離、大容量方面獨具優(yōu)勢,然而環(huán)流變壓器卻是一個大功率、非線性電子元器件,在電力系統(tǒng)內(nèi)會產(chǎn)生大量非特征和特征諧波, 不但會使周圍通訊系統(tǒng)受到干擾,而且會使輸電系統(tǒng)電氣設(shè)備因發(fā)熱而損壞,嚴重時在電力系統(tǒng)可能產(chǎn)生并聯(lián)或串聯(lián)諧振。 通常采用的抑制諧波的方法有兩種：一種，是增加換流器的相數(shù)或脈沖數(shù),另一種，是裝設(shè)交流濾波器和直流濾波器。

7.7 三相整流變壓器采用正確接線方式

對于三相整流變壓器,盡量采用Y/△或△/Y 的接線形式這樣可以消除3 的整數(shù)倍次的電力諧波,從而使注入電網(wǎng)的諧波電流只有5、7、11……等次諧波。

7.8 增設(shè)限流裝置或串聯(lián)電抗器

電力電容器具備一定的抗諧波能力但是當(dāng)諧波含量過大時又會對電容器的壽命產(chǎn)生不良影響, 加之由于電容器對諧波具有放大作用,因而會使系統(tǒng)的諧波干擾更加嚴重。 所以對于大容量的電力設(shè)備(特別是大容量的電容器組)而言,在其回路內(nèi)可考慮增設(shè)限流裝置或串聯(lián)電抗器,添加濾波裝置。

7.9 注重選擇非線性負荷接入電網(wǎng)的接入點

由于高壓電網(wǎng)的短路容量大,承受諧波侵擾的能力強,可以考慮將諧波產(chǎn)生容量大的諧波源接入到高一級電網(wǎng)的母線上,并且在變電站 母線上加裝電感、電容式濾波器。

7.10 推廣使用有源電力濾波器(Active PowerFilter——APF)

有源電力濾波器(APF),也稱為靜止無功發(fā)生器(SVG),是一種能對電力系統(tǒng)中幅值和頻 率都變化的諧波和無功分量進行實施動態(tài)補償?shù)男滦碗娮与娐费b置, 主電路一般由脈沖寬度調(diào)制(Pulse WidthModulation——PWM)逆變器構(gòu)成。 其基本原理是先從補償對象中檢測出諧波電流, 再利用補償裝置向電網(wǎng)注入與該諧波源諧波分量(電流或電壓)大小相等而極性相反的補償分量(電流或電壓),使電源的總諧波為零,電網(wǎng)電流只含基波分量,從而達到實時補償 諧波的目的。 這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償, 且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。 對于大型電弧爐及晶閘管控制的軋鋼機等非線性設(shè)備,由于其負荷具有沖擊性和隨機性,因此宜裝設(shè)能吸收動態(tài)諧波電流的靜止無功補償裝置, 以提高供電系統(tǒng)承受諧波 的能力。 實踐證明,有源電力濾波器是抑制諧波和補償無功的理想和靈活的可行方案。

8 結(jié)語

（1）可以預(yù)測到,隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,今后的用電需求量,屬于產(chǎn)生電力諧波污染的負荷(諧波源)將占絕大部分。 現(xiàn)代化工、冶金、煉鋼、機械加工;現(xiàn)代交通運輸;現(xiàn)代信息傳 媒等的發(fā)展幾乎都是諧波源。 毫無疑問,這一發(fā)展趨勢將會隨著新技術(shù)的開發(fā)和運用愈來愈嚴重。 相應(yīng)的,諧波作為反映電能質(zhì)量的一個重要標志,將會日益受到廣泛關(guān)注。

（2）必須進一步提高對于電力諧波危害性的認識程度,努力掌握電力諧波的產(chǎn)生機理,積極開發(fā)和運用新產(chǎn)品新技術(shù),采取切實可行的應(yīng)對策略, 最大限度地抑制諧波對電力系統(tǒng)所 造成的危害,以便確保電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行。

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