電力系統(tǒng)諧波治理技術(shù)

摘 要：隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的高速發(fā)展，電力成為了我國經(jīng)濟發(fā)展構(gòu)成中的重要推動資源，電力技術(shù)在各個領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，電力電網(wǎng)在應(yīng)用的過程中進而為我們帶來了嚴峻的諧波污染問題。電網(wǎng)諧波問題的出現(xiàn)，嚴重的威脅了電網(wǎng)設(shè)備的安全運作以及經(jīng)濟性。本文將主要結(jié)合筆者的工作經(jīng)驗，針對電網(wǎng)諧波治理提出詳盡的探討，旨在能夠為我國電網(wǎng)中的諧波問題治理提供充分的理論依據(jù)。

關(guān)鍵字：電網(wǎng) 諧波 危害 治理

中圖分類號：TM714 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（c）-0125-02

1 諧波的界定及產(chǎn)生原因

由于交流電網(wǎng)有效分量為工頻單一頻率，任何與工頻頻率不同的成分都被稱為諧波。通常來說諧波的展現(xiàn)是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率是基波頻率的整數(shù)倍數(shù)[1]。由于正弦電壓加壓于非線性負載，基波電流發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波。因此來說在電網(wǎng)運作的過程中非線性負荷是形成電網(wǎng)諧波的主要原因。通常在電網(wǎng)中主要具有非線性負荷的是UPS、開關(guān)電源、整流器、變頻器、逆變器等，通常來說以上電網(wǎng)中常用到的設(shè)備是諧波產(chǎn)生的主要源頭設(shè)備。在電力網(wǎng)絡(luò)運作的過程中主要分為發(fā)電、輸電、配電、用電四大環(huán)節(jié)，其中各個環(huán)節(jié)都有可能產(chǎn)生諧波，總體來說四大環(huán)節(jié)中用電的過程中產(chǎn)生的諧波最多。

發(fā)電過程中產(chǎn)生的諧波通常來說較為微弱，主要來源于發(fā)電機的使用；發(fā)電機在使用的過程中只有達到三相繞組完全對稱的情形之下才不會有諧波的產(chǎn)生，但由于現(xiàn)代發(fā)電機制作工藝以及環(huán)境等多方面的因素的問題，達到發(fā)電機三相繞組對稱現(xiàn)象的絕對出現(xiàn)是一大難點，但由于其在發(fā)電的過程中產(chǎn)生的諧波較少通常不是諧波治理過程中的主要問題。

輸電配電過程中必然使用的設(shè)備是電力變壓器，因變壓器內(nèi)鐵心飽和，磁化曲線的非線特性以及額定工作磁密位于磁化曲線近飽和段上等諸多因素，致使磁化電流呈尖頂形，內(nèi)含大量奇次諧波[2]。通常來說電力變壓器鐵心的飽和度越高，其在使用的過程中產(chǎn)生的諧波也就相對越大。

用電過程中諧波的產(chǎn)生是最大的，其主要是展現(xiàn)于使用晶閘管式整流設(shè)備、變頻裝置、充氣電光源以及常規(guī)家庭使用的電器等設(shè)備所釋放出的諧波。晶閘管式整流設(shè)備由于在充電裝置以及開關(guān)電源等處被廣泛的運用，因此其所在使用的過程中產(chǎn)生的諧波通常也較多；據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計顯示，在現(xiàn)代諧波中由于晶閘管式整流設(shè)備產(chǎn)生的諧波占據(jù)的比例已經(jīng)高達百分之四十。同樣在變頻裝置以及充氣電光源等設(shè)備使用的過程中也會一定程度的產(chǎn)生諧波，但由于其都是在用電環(huán)節(jié)中所產(chǎn)生的諧波，因此在整體電網(wǎng)運作的過程中用電環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的諧波是先進諧波危害的主要源頭。

2 諧波的主要危害

關(guān)于電網(wǎng)諧波的概念界定以及主要產(chǎn)生原因上一章節(jié)已經(jīng)進行了充分的論述，那么在實際的運作中，電網(wǎng)諧波具有怎樣的危害呢？概括性的來說在電網(wǎng)運作的過程中電網(wǎng)諧波所產(chǎn)生的主要危害展現(xiàn)為以下方面：首先，諧波對于配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的危害。在配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中一般來說都采用一些電磁式繼電器以及感應(yīng)繼電氣元件對于配電常規(guī)的設(shè)備進行保護以及測量，而通常來說諧波的出現(xiàn)會一定程度上引起以上元件的誤動或是拒動；由于上述元件在實際的電網(wǎng)系統(tǒng)運作過程中都是為了有效保障配電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定，因此無論是誤動還是拒動的現(xiàn)象出現(xiàn)都會在一定程度上引起配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體安全運營。其次，諧波會對于電力網(wǎng)絡(luò)設(shè)備形成一定的危害。在電網(wǎng)運作的過程中諧波的出現(xiàn)能夠在一定程度上對于多種電力設(shè)備形成不同方面的危害以及影響。例如諧波通常會對于電力變壓器形成一定的銅損以及鐵損，影響變壓器在電網(wǎng)變壓中穩(wěn)定正常的動作。諧波對于電力電容器也具有很大的影響，諧波的出現(xiàn)會導(dǎo)致導(dǎo)致電容器的損耗加大，加速老化從而影響電容器的正常使用。電能表是評價電能消耗重要而基本的測量工具，是用戶繳費的憑證，而諧波可能使電能計量產(chǎn)生較大誤差，嚴重時會導(dǎo)致計量混亂；同樣，諧波也是引起濾波裝置誤啟動，保護誤動和拒動的重要因素；此外，諧波會通過靜電感應(yīng)電磁感應(yīng)以及傳導(dǎo)等多種方式耦合進通訊系統(tǒng)，影響它們的正常運行[3]。再次諧波對于人體健康的危害。諧波的出現(xiàn)通常會攜帶一定程度的噪音，諧波產(chǎn)生的噪音往往極度容易形成變電所的噪聲污染超標，從而影響從事電力工作人員的身心健康。同時在電力人員工作的過程中，或是在普通人在使用電器的過程中，只要該設(shè)備發(fā)射出諧波，那么諧波就一定程度上會對于人體的細胞形成刺激，從而使得正常的細胞形成翻轉(zhuǎn)，當人體細胞的翻轉(zhuǎn)頻率與諧波較為相同時，就會進一步的影響到人體的大腦與心臟的健康。

通過上文中對于諧波特性的分析，筆者認為對于諧波的治理其思路主要應(yīng)當從兩大方面進行展開，首先，強化對于諧波的隔離，非線性用電設(shè)備是諧波產(chǎn)生的主要源頭，諧波隔離需要對于非線性用電設(shè)備產(chǎn)生諧波的控制，減少對于其他層級電網(wǎng)的影響。其次，濾波器的安裝使用，濾波器是現(xiàn)今技術(shù)手段抑制諧波危害的最佳代表，其通常主要分為有源以及無源兩種，在實際的使用過程中有源以及無源卻有著很大程度的不同。有源濾波器其運作原因主要是通過對于電源側(cè)的電流波型與正弦波相比較，同時由有源濾波器進行差額的擬補，就目前發(fā)展形勢來說，有源濾波器是今后抑制諧波危害的主要發(fā)展趨勢。無源濾波器主要工作原理是通過將L、C串聯(lián)或是并聯(lián)，然后在其諧波產(chǎn)生的過程產(chǎn)生諧振，通過諧振對于諧波的電壓進行降低，同時也對于諧波的危害進行降低，有效的針對諧波危害進行緩解。

3 諧波治理技術(shù)現(xiàn)狀

有關(guān)于諧波治理的問題最早起源于上世紀三十年代中期，但到了上世紀五十年代隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)的技術(shù)革新，新技術(shù)以及新設(shè)備的普遍性引用，再為人們帶來甚多便利的同時也為人們帶來了較大的諧波治理問題。隨著諧波問題的日益嚴重，在國際的范圍內(nèi)都引起了嚴重的反響，各國都對于諧波治理技術(shù)進行了充分性的研究，截至目前，世界諧波治理技術(shù)的發(fā)展較期初階段而言，有著較大程度的進步，但其同時依舊存在較多方面的不足。整體來說，目前我國諧波治理技術(shù)方面主要展現(xiàn)在一下方面。

（1）電力系統(tǒng)諧波污染現(xiàn)狀嚴峻；隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)的進一步優(yōu)化以及升級，電力系統(tǒng)已經(jīng)成為了當今社會發(fā)展過程中不可或缺的一種技術(shù)支撐而存在；在經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，大量的變頻器以及大功率直流電源應(yīng)用廣泛，在此過程中對外產(chǎn)生的諧波危害十分巨大。其次，隨著諧波的產(chǎn)生不能得到有效的抑制，諧波對于變壓器的損害，嚴重的影響了其正常的使用壽命長短。據(jù)相關(guān)研究資料表明，對于大功率直流電源而言，其產(chǎn)生的諧波危害是普通電力技術(shù)說產(chǎn)生的諧波危害的1.8～3.8倍[3]。

（2）有源濾波器成本較高，推廣力度較高。對于現(xiàn)階段來說，提升電能質(zhì)量，降低諧波危害的技術(shù)手段中，有源濾波器是現(xiàn)今所有技術(shù)手段中較為具有代表性的一個，但尤其相對來說嚴重依賴進口，因而其成本通常來說都較高，在推廣的過程中具有較高的難度；同時由于其在使用的過程中，還具有較為嚴格以及繁瑣的操作技術(shù)標準，在實際的推廣過程中較難進行泛性推廣。就現(xiàn)今階段來說，有源濾波器在實際的使用過程中，其容量均不超過600 kVar，參考當今電力系統(tǒng)發(fā)展來說，有源濾波器還需要實現(xiàn)進一步的優(yōu)化以及升級。

（3）諧波檢測手段滯后，檢測數(shù)據(jù)不準確。有效抑制諧波危害提升電能質(zhì)量，必須在其使用的過程中，通過科學(xué)的諧波檢測手段進行相關(guān)數(shù)據(jù)的汲取，然后通過分析從而進一步的進行解決。但在實際運作的過程中，由于我國多數(shù)的電力系統(tǒng)機關(guān)，現(xiàn)采用的諧波檢測技術(shù)嚴重滯后，其數(shù)據(jù)的汲取在很大程度上都不能最為科學(xué)的展現(xiàn)諧波危害以及特性，不僅不能有效的進行諧波危害預(yù)估，同時還不利于對于諧波的有效抑制。

4 諧波治理建議

通過上文對于諧波危害的分析，我們知道諧波的出現(xiàn)不僅對于電網(wǎng)設(shè)備形成一定程度的影響，同時對于人體健康也具有一定的危害，電網(wǎng)諧波的治理是提升電網(wǎng)設(shè)備利用率以及保障人體健康的有效措施。在對于諧波治理的問題上，國家已經(jīng)給與了充分的重視，同時規(guī)范了相關(guān)諧波治理過程中的技術(shù)標準以及管理標準，詳見GB/T14549）93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》、GB12326-90《電能質(zhì)量電壓運行波動和閃變》、全國供用電規(guī)則（第30，31條）[4]等法規(guī)。在諧波治理的過程中結(jié)合以上方面的標準，筆者認為應(yīng)當在諧波治理的過程中堅持以下方面的原則，通過有效的措施限制諧波源注入電網(wǎng)。同時將電網(wǎng)中的諧波指數(shù)控制在安全允許的范圍之內(nèi)，并保障電網(wǎng)在運作的過程中其設(shè)備不受到諧波的影響。通過以上理論以及標準的指導(dǎo)，筆者認為在諧波治理的過程中主要通過以下措施進行。

（1）加強對于諧波污染危害以及治理的宣傳，提升相關(guān)工作人員對于諧波危害的重視度。只有意識層面的真正提升，才能夠有效的促進相關(guān)工作人員在進行諧波處理的問題上，能夠盡心盡責。另外定期對于相關(guān)技術(shù)人員的技術(shù)培訓(xùn)也是十分必要的。由于個人能力的不同，在進行諧波處理的問題上，相關(guān)技術(shù)人員技術(shù)水準不一致，但由于諧波治理的需要，電網(wǎng)公司可以定期的針對相關(guān)技術(shù)人員進行技術(shù)以及理論的培訓(xùn)，從而有效提升整體技術(shù)人員的技術(shù)操作水準，有效的在工作開展諧波治理。

（2）加強電網(wǎng)諧波治理工作與地方電力試驗所的有效結(jié)合聯(lián)系，從而進一步的提升電網(wǎng)諧波治理工作的效率以及科學(xué)性。電力試驗所與電網(wǎng)諧波治理工作的結(jié)合，能夠有效的通過電力試驗所的試驗成果理論推動電網(wǎng)諧波治理工作的進展。理論是技術(shù)推動的有效工具，因此加強地方電力實驗所與諧波治理工作的結(jié)合是保障諧波治理科學(xué)理論的有效保障。就現(xiàn)今諧波治理技術(shù)而言，其還存在較多的不足，而僅僅依靠電力試驗所或是電力機關(guān)單方面的推動是遠遠不足的；在實際的工作中由于各自的工作崗位以及職責不同，電力機關(guān)的實際問題經(jīng)驗以及技術(shù)發(fā)展需求，其更為明確；就電力試驗所而言，其主要突出的是對于相關(guān)技術(shù)的掌握以及高理論能力；如能對于兩種強勢的結(jié)合，必然能夠形成一種良好的連鎖反應(yīng)，從而推動諧波治理工作的有效開展。

（3）定期的對于變電所以及重點用戶的諧波測試，同時并針對測試結(jié)果建立非線性用戶技術(shù)檔案。設(shè)非線性用戶技術(shù)檔案的建立能夠為諧波處理工作提供較為充分的數(shù)據(jù)參考價值，同時對于諧波較為嚴重的地區(qū)，應(yīng)當根據(jù)其主要污染源的特點及時的采取有效措施，以保障其諧波危害在第一時間進行遏制。諧波處理不是一個階段性的工作，而是應(yīng)當在電力機關(guān)展現(xiàn)為一個持續(xù)性的工作，應(yīng)當在電力機關(guān)中進行制度性的規(guī)定，只有定期的針對變電所以及重點用戶進行頻繁的諧波測試，才能在第一時間發(fā)現(xiàn)問題，將諧波的危害降低至最低。

（4）在大中小型非線性負荷接入電網(wǎng)的過程中，依據(jù)針對其非線性符合進行有效的實測，根據(jù)實測結(jié)果查看其是否能夠滿足相關(guān)規(guī)定，如果發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)諧波超標嚴重的現(xiàn)象，可以在第一時間進行停止供電，避免其影響電網(wǎng)的正常運作。在此過程中主要是需要強化監(jiān)控，在現(xiàn)代手段中，智能電網(wǎng)技術(shù)雖然能夠有效的進行電網(wǎng)運作監(jiān)控，但在實際的過程中僅僅依靠智能電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)進行實時的監(jiān)督是遠遠不夠的，其還需要通過相關(guān)工作人員的失地測試相結(jié)合從而有效的對于電力系統(tǒng)運作過程中的諧波問題進行有效的檢測以及監(jiān)管，避免由于諧波的大量產(chǎn)生而帶來不必要的損失。

（5）加強電力部門對于諧波處理的管理工作，強化地域間諧波處理工作的交流與合作。古往今來我們知道，地域的合作的發(fā)展的前提，在諧波的處理過程中也一樣，由于地方發(fā)展水平以及諧波治理技術(shù)展現(xiàn)不一致，地域間的聯(lián)系以及合作能夠有效的避免地方技術(shù)的不足，同時地域間的聯(lián)系還能有效的推動地方諧波處理技術(shù)的發(fā)展。通過對于跨區(qū)域的電力機關(guān)諧波處理聯(lián)合作業(yè)，能夠有效的通過對于不同地區(qū)的優(yōu)勢結(jié)合，提升諧波處理的效率，同時還能通過有效的跨區(qū)域合作，以諧波處理先進地區(qū)對于諧波處理落后地區(qū)的技術(shù)進行有效的帶動，推動我國電力機關(guān)整體諧波處理能力。

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的高速發(fā)展，電力系統(tǒng)成為了經(jīng)濟發(fā)展的重要助推力，但在電力系統(tǒng)大量使用的過程中，諧波的產(chǎn)生為我國可持續(xù)發(fā)展以及生態(tài)平衡提出了嚴峻的考驗。本文中主要就電力系統(tǒng)中諧波的產(chǎn)生原因以及主要危害進行了詳盡的闡述，通過對于現(xiàn)今我國電力諧波治理技術(shù)的分析，有效的發(fā)現(xiàn)了我國電網(wǎng)諧波治理技術(shù)的不足，同時針對不足之處，提出了相應(yīng)的改善策略。通過本文的研究，筆者期望能夠引起相關(guān)機構(gòu)的高度重視，同時本文所提出的相關(guān)發(fā)展建議旨在有效為我國相關(guān)機構(gòu)指定諧波治理策略提供參考。

參考文獻

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