變電站諧波治理方法探討

侯超群　張繼紅

摘 要：在電力系統(tǒng)中，諧波的含量與電能的質(zhì)量息息相關(guān)，諧波源所產(chǎn)生的諧波會對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定造成威脅，導(dǎo)致電網(wǎng)中電能的質(zhì)量受到影響。因此，對諧波污染的現(xiàn)象進行治理是非常有必要的。本文通過闡述變電站諧波的產(chǎn)生以及危害，結(jié)合實際情況進行分析，并提出切實可行的治理方法，從而有效處理變電站諧波的污染現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);變電站;諧波;治理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.083

1 前言

近年來，電力電子技術(shù)在電氣設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用，正是因為它的非線性負荷在電網(wǎng)中的使用不斷在增長，這就給電網(wǎng)帶來了諧波污染，進而引起了電壓波動和閃變等電能質(zhì)量的問題。在這種情況下，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定以及經(jīng)濟運行就受到了嚴(yán)重的威脅。在電網(wǎng)諧波污染越來越嚴(yán)重的實際情況下，我們應(yīng)當(dāng)探討出一個能夠有效的解決供電安全可靠性以及供電質(zhì)量問題的方案。因此，綜合治理變電器系統(tǒng)中的諧波污染足夠引起我們的重視。

2 諧波造成的不良影響

諧波的定義：“諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍”。在變電器系統(tǒng)中，非線性用電設(shè)備是最主要的諧波源。在人們的生活中，非線性用電設(shè)備隨處可見，各種家用電器都是非線性用電設(shè)備，各種電力電子裝置也都是非線性用電設(shè)備。諧波電流有很多方面都會對變電器系統(tǒng)產(chǎn)生較大的危害，所以為了避免這些危害的發(fā)生，我們必須解決諧波電流產(chǎn)生的隱患。

（1）諧波會造成電網(wǎng)產(chǎn)生額外的損耗。諧波還會造成電網(wǎng)中的供電線路以及電氣設(shè)備產(chǎn)生一些不必要的額外損耗。這都是因為線路中的頻率的增加會導(dǎo)致電阻增大，當(dāng)電路中有諧波經(jīng)過后，基波電流時的有功損耗就會小于諧波流過電路的有功損耗，從而產(chǎn)生額外損耗，阻礙了輸電效率提升。不僅如此，諧波還會造成電力設(shè)備的溫度不斷升高，導(dǎo)致電力設(shè)備不能持續(xù)穩(wěn)定的運行，從而引起設(shè)備的損壞。

（2）諧波電流對并聯(lián)電容器的影響應(yīng)該引起重視。增加電容器損耗、增加無功輸出以及引起諧波過電壓或過電流是諧波電流對并聯(lián)電容器造成的主要影響。由于諧波使電容器產(chǎn)生了諧振，這些現(xiàn)象都會使電容器過熱，進而損壞電容器。

不僅如此，產(chǎn)生的諧振還可能會將諧波電流放大了很多倍，而一旦通過設(shè)備的電流增大，超過了電容器以及相關(guān)的電抗器所能承受的電流大小，就會造成設(shè)備的燒毀。

（3）諧波導(dǎo)致電力設(shè)備出錯。因為諧波會導(dǎo)致儀器表數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差。諧波的產(chǎn)生會干擾通信系統(tǒng)的正常運行，給用戶的日常造成嚴(yán)重的影響。即使干擾程度較低，通信系統(tǒng)也會出現(xiàn)通信質(zhì)量下降的問題，而一旦干擾的程度較高的話，通信系統(tǒng)就將會無法正常工作。

3 變電站諧波治理的方法

許多科學(xué)技術(shù)人員長期致力于電力系統(tǒng)諧波治理方面的研究，現(xiàn)在產(chǎn)生了很多種能夠降低諧波影響的技術(shù)方法。而目前電力系統(tǒng)使用最廣泛的方法就是采用各種濾波器來降低諧波所產(chǎn)生的影響。變電器系統(tǒng)中，用來降低諧波影響的濾波器可以分為有源型濾波裝置和無源型濾波裝置兩種。

（1）有源型濾波裝置。有源型濾波裝置其實是將諧波源發(fā)出的諧波經(jīng)過一系列的處理后，在諧波源進入如網(wǎng)點前，要將諧波完整的復(fù)制，在波型相差180°相位的同時，同樣導(dǎo)致結(jié)果就會導(dǎo)致復(fù)制前后兩種諧波的幅值完全相同，所以濾波器會抵消原來的諧波，純凈的基礎(chǔ)波段電流就會保留下來。當(dāng)然這樣處理的過程也存在缺點，由硬件、以及資金、能耗的限制，會影響這項技術(shù)的實際使用范圍。可能在大功率溶劑的環(huán)境下不可取。

（2）無源型濾波裝置。無源型濾波裝置是一個諧振濾波支路，這個支路是由濾波電容器和電抗器串聯(lián)構(gòu)成的。在無源型濾波裝置當(dāng)中，濾波裝置的屬性會隨著諧振頻率的變化而變得相匹配。無源型濾波裝置的工作原理是給諧波電流提供一個低阻抗的旁路通道，將相應(yīng)頻率的諧波電流進行分流來減少流入電網(wǎng)的諧波電流。無源濾波裝置又被稱為諧波治理兼無功補償裝置（FC），是因為無源濾波器能夠有效吸收諧波，還可在基波下可以補償無功，是當(dāng)前應(yīng)用較多的諧波治理裝置。

4 對濾波裝置保護的分析

無源型濾波裝置是當(dāng)線路沒有阻抗或者阻抗較小時對諧波分流，為了達到理想的濾波效果，就要分析無源型濾波裝置的工作機制。我們都知道，電網(wǎng)傳輸諧波阻抗會影響到該設(shè)備，當(dāng)系統(tǒng)諧波阻抗不在正常范圍之內(nèi)時，濾波的效果就會不理想。不僅如此，電網(wǎng)阻抗和濾波支路相似的阻抗還有可能發(fā)生諧振。

調(diào)諧電路由很多設(shè)備器件構(gòu)成，這些器件不完全是線性器件，電網(wǎng)能否正常運行會受到非線性器件的嚴(yán)重影響。因此，為了保護主電網(wǎng)，保護性檢查每一條調(diào)諧電路是十分必要的。當(dāng)電流浪涌突然發(fā)生時，所用的保護設(shè)備要求其受到干擾時依然保持穩(wěn)定運行，在特殊情況下，過大的瞬態(tài)電流用壓敏電阻器來抑制。而浪涌電流是電容器工作時所引起的連鎖反應(yīng)，同時會產(chǎn)生過電壓，因此控制電容器的安裝方位及其型號的選擇十分重要。再者，為保證設(shè)備長期在過電流的環(huán)境下不受影響，高效的確保裝置安全，保護裝置應(yīng)該具備應(yīng)對一切的突發(fā)轉(zhuǎn)變情況的功能。從設(shè)備成本考慮，制造保護裝置應(yīng)符合廣大民眾的經(jīng)濟狀況，還應(yīng)讓裝置擁有較長的使用周期。為了確保電網(wǎng)的諧振頻率不同于出現(xiàn)的諧波頻率，配置諧波濾除裝置時要特別考慮電抗器和電容器的規(guī)格，當(dāng)電網(wǎng)中出現(xiàn)的諧波頻率接近于電網(wǎng)諧振頻率時，就會有放大過電流產(chǎn)生，導(dǎo)致的干擾就會嚴(yán)重損耗電網(wǎng)元件。這樣非線性元件所并聯(lián)的支路中流入其產(chǎn)生的諧波電流時，就會會產(chǎn)生過電壓，進而影響電網(wǎng)的正常運行。

5 結(jié)語

我國的可持續(xù)發(fā)展以及生態(tài)平衡嚴(yán)重的受到了諧波的影響，在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)達的發(fā)展環(huán)境下，我國要掌握更加成熟的諧波治理技術(shù)，有效治理好變電器系統(tǒng)的諧波污染現(xiàn)象，使變電器系統(tǒng)能夠更加安全穩(wěn)定的運行，使電力系統(tǒng)成為我國經(jīng)濟發(fā)展更穩(wěn)定的重要推力。

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