淺析地區(qū)電網(wǎng)諧波治理方案

張琪++張立柱++馬駿毅

[摘 要]非線性設(shè)備的大量應(yīng)用使電力系統(tǒng)諧波的污染越來越嚴重。諧波抑制技術(shù)已然成為當前電力系統(tǒng)電能質(zhì)量領(lǐng)域的研究熱點之一。本文介紹了某地區(qū)電網(wǎng)諧波污染現(xiàn)狀，分析了某地區(qū)電網(wǎng)諧波治理簡單可行的方法，并通過Matlab進行仿真驗證，簡單介紹了諧波治理綜合方案。

[關(guān)鍵詞]電力系統(tǒng)；諧波治理；Matlab仿真

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）03-0337-02

1 引言

諧波問題對電力系統(tǒng)和電力用戶都很重要，涉及發(fā)、輸、供、配、用電等各方面投資者、經(jīng)營者、使用者的合法權(quán)益，諧波含量已經(jīng)成為電力系統(tǒng)運行與管理水平的重要標志，影響著用戶的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量[1]。

相比歐美日等發(fā)達國家，某地區(qū)供電公司在諧波管理上還未實現(xiàn)精細化，在日常調(diào)度工作中，對諧波的監(jiān)測和防治措施亦顯不足。本文以某地區(qū)電網(wǎng)為立足點，淺析了某地區(qū)電網(wǎng)諧波治理方案。

2 某地區(qū)電網(wǎng)諧波現(xiàn)狀

2.1 某地區(qū)電網(wǎng)概況

某地區(qū)電網(wǎng)110kV以下網(wǎng)絡(luò)屬于典型輻射狀饋供網(wǎng)絡(luò)。截止2014年底，全網(wǎng)220kV變電站25座，主變壓器48臺，總?cè)萘繛?340MVA，110kV變電站78座，主變壓器123臺，總?cè)萘繛?84.75MVA，35kV變電站43座，主變壓器79臺，總?cè)萘繛?81.7MVA。220kV線路89條，總長度1475.1km，110kV線路155條，總長度為1529.29km，35kV線路162條，總長度為1112.97km。2014年某地區(qū)電網(wǎng)單日最大用電負荷3412.61MW。

2.2 電能質(zhì)量國家標準

國家技術(shù)監(jiān)督局頒布了公共電網(wǎng)諧波的國家標準： GB/T 14549-93《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》； GB/T 24337-2009《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)間諧波》。另外還頒布了 GB/T 19862-2005《電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通用要求》。上述技術(shù)標準是電能質(zhì)量合格的依據(jù)[2-3]。

3 配網(wǎng)諧波治理措施

為了具體的、有針對性的研究諧波治理措施，本節(jié)以荷葉變10kVII段母線5次諧波電流超標的實例進行分析和計算，找出簡單、有效、可行的治理措施。

3.1 荷葉變概況

如圖1所示為荷葉變一次系統(tǒng)接線圖。

荷葉變2號主變型號為SSZ10-31500/110，接線組別為Ynyn0/d11，電壓比為（110±8*1.25%）/（37±2*2.5%）/10.5kV，空載電流0.15A，空載損耗20.38kW，負載損耗（滿載）138.2kW，高壓側(cè)對中壓側(cè)短路阻抗為10.42Ω，高壓側(cè)對中壓側(cè)負載損耗137.5kW，高壓側(cè)對低壓側(cè)短路阻抗為17.9Ω，高壓側(cè)對低壓側(cè)負載損耗為138.2kW，中壓側(cè)對低壓側(cè)短路阻抗為6.42Ω，中壓側(cè)對低壓側(cè)負載損耗為122.3kW。

10kVII段母線電容器型號為：BFM11/√3-100-1W，每相由4個電容器并聯(lián)，然后按照三角形接線并入電網(wǎng)。電容器組無功補償容量為5Mvar，電壓為11/√3kV，采用6%電抗率的電抗器。

根據(jù)諧波檢測結(jié)果，高姿變10kVII段母線5次諧波電流源大小為40A，國標限值為30.4A，10kVI段母線諧波不超標。

2號主變高壓側(cè)負荷29.86MVA，中壓側(cè)負荷16.56MVA，低壓側(cè)負荷14.84MVA；1號主變高壓側(cè)負荷34.52MVA，中壓側(cè)負荷22.36MVA，低壓側(cè)負荷13.89MVA。

系統(tǒng)最大運行方式下：110kV母線系統(tǒng)阻抗為0.0674Ω，35kVII段母線系統(tǒng)阻抗為0.3057Ω，10kVII段母線系統(tǒng)阻抗為0.445Ω。

3.2 電力濾波器的選擇

當前電力諧波治理的主流方法有兩種：無源電力濾波器和有源電力濾波器。但是有源電力濾波器投資成本高，運行維護成本高，同時其在濾除諧波的同時會向電網(wǎng)注入一定量的其他諧波。

針對某地區(qū)電網(wǎng)的諧波以5、7次諧波電流為主的特點，可以選擇合適的單調(diào)諧電力濾波器來濾除特定次數(shù)諧波，其對特定次數(shù)的諧波濾波效果明顯，投資低，運行維護方便等特點，成為工程應(yīng)用的首選方案。

單調(diào)諧電力濾波器技術(shù)已經(jīng)相當成熟，在大型的電力用戶中已有成功的應(yīng)用，如丹陽龍江鋼鐵。

3.3 單調(diào)諧電力濾波器設(shè)計

3.3.1 參數(shù)選擇方法

在當前實際工程環(huán)境下，單調(diào)諧電力濾波器參數(shù)的選擇主要取決于其補償實施方法的選擇，方法一：在10kV母線上單獨配置單調(diào)諧電力濾波器；方法二：將10kV電力電容器改造成單調(diào)諧電力濾波器。

方法一中濾波器參數(shù)的選擇時，考慮到新增加的單調(diào)諧濾波器具備無功功率補償功能，為了防止無功的過度補償，采用最小補償容量法來確定其參數(shù)。方法二中濾波器參數(shù)的選擇具有唯一性，因為電力電容器的參數(shù)已經(jīng)固定，然而方法二最大的缺點是無功補償和諧波濾除功能捆綁在一起，不能靈活運用。

故應(yīng)該采用方法一：在10kV母線上單獨配置單調(diào)諧電力濾波器，采用最小補償容量法來確定參數(shù)。

3.3.2 參數(shù)計算

在工程實際應(yīng)用中，為了簡化單調(diào)諧電力濾波器的電力電容器主要諧波允許電流的計算方法，一般采用近似算法，5次諧波電流允許值不應(yīng)超過0.38 IN[4]。

故有I5=0.38IN。

為了保證單調(diào)諧電力濾波器有足夠的濾波容量，同時兼顧電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，在設(shè)計時取I5=40A，品質(zhì)因數(shù)q=60，則IN=105.26A。

故，設(shè)計的單調(diào)諧電力濾波器補償容量為2Mvar，C=29.24μF，L=13.87mH，R=0.363Ω[5]。

3.3.3 仿真驗證

使用Matlab仿真平臺對設(shè)計的單調(diào)諧電力濾波器進行仿真驗證，如圖2所示。圖中三個單相電流源組成5次諧波電流源。

單調(diào)諧電力濾波器投入前與投入后，10kV母線A相的5次諧波電流對比圖，如圖3所示。圖3中左圖為單調(diào)諧電力濾波器投入前，基波電流為1005A，而5次諧波電流含量為2.19%，圖3中右圖為單調(diào)諧濾波器投入運行后，基波電流為1062A，而5次諧波電流含量為0.04%，總諧波電流含量降為0.15%。

設(shè)計的單調(diào)諧電力濾波器的濾波效果非常明顯。

4 配網(wǎng)諧波治理方案

從地區(qū)電網(wǎng)的實際出發(fā)，考慮某地區(qū)電網(wǎng)為輻射狀饋供網(wǎng)絡(luò)的實際情況，電能質(zhì)量采用“分層分區(qū)治理”的原則，同時兼顧治理方案的經(jīng)濟性、合理性和可行性。

從地區(qū)電網(wǎng)長遠發(fā)展的角度，應(yīng)建立地區(qū)電網(wǎng)電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時檢測電網(wǎng)電能質(zhì)量，并發(fā)出告警[6]。

在污染嚴重的10kV或35kV母線上安裝合適的LC無源濾波器，既滿足了當前5次、7次諧波電流的需求，也滿足了未來一定時間內(nèi)隨著網(wǎng)絡(luò)和用戶負荷變化而出現(xiàn)的潛在威脅。

加強非線性負荷的管理。在非線性負荷接入電網(wǎng)供電前，按規(guī)定檢測其對公共電網(wǎng)產(chǎn)生的影響。如果不符合標準時，要求采取有效的治理措施。

5 結(jié)束語

本文從電力調(diào)度的角度闡述了某地區(qū)電網(wǎng)諧波治理的初步方案，諧波治理需要從長遠的角度，考慮各種因素，得出綜合方案，還需要進行各種后續(xù)研究工作。

作者簡介

張 琪（1985- ），男，碩士畢業(yè)，湖北仙桃人，電力調(diào)度技師、工程師，主要從事電力調(diào)控運行。