諧波濾除對節(jié)電率的影響及其仿真研究

摘要：諧波損耗會引起電網(wǎng)線損增加，為此需要對諧波進(jìn)行濾波操作以降低線損。現(xiàn)對諧波損耗算法進(jìn)行了研究，從理論上分析了諧波對線損和節(jié)電率的影響，并通過仿真軟件進(jìn)行了驗證。仿真結(jié)果表明，超過國標(biāo)的諧波帶來的損耗較大，濾波可以降低線損，提高節(jié)電率，改善電能質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：諧波損耗;線損;節(jié)電率;仿真

0 引言

電網(wǎng)中的諧波會引起電氣元件的額外電能損耗。近年來，隨著各種非線性負(fù)荷及電力電子設(shè)備在電網(wǎng)負(fù)載中所占比例的急劇增加，大量的諧波源引起電網(wǎng)供電品質(zhì)下降，同時引起電能損耗增大。《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》（GB/T 14549—1993）規(guī)定了各等級電壓的諧波限值，但關(guān)于諧波損耗的研究分析并不多，對諧波損耗與節(jié)能降損的關(guān)系探討也較少，而實際上諧波損耗是一個很重要的能耗指標(biāo)。諧波損耗計算對電網(wǎng)節(jié)能降損和電力用戶的諧波治理均具有積極意義。

1 諧波損耗計算方法

目前關(guān)于諧波損耗的理論研究主要有諧波潮流法和估算法。諧波潮流法能精確計算出諧波潮流，但要獲取全網(wǎng)諧波數(shù)據(jù)非常不易，計算量很大。估算法在能夠計算出基波線損的基礎(chǔ)上，對諧波損耗的估算也是相當(dāng)準(zhǔn)確的，可以應(yīng)用于局部區(qū)域或個別元件諧波損耗的計算。本文主要對諧波損耗估算法進(jìn)行了研究分析，利用諧波電流畸變率進(jìn)行諧波損耗的計算。

一般認(rèn)為電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)供電電壓波形為工頻正弦波形，為了表示出畸變波形偏離正弦波形的程度，一般用諧波含量、總畸變率和h次諧波的含有率來描述。第h次電壓、電流諧波含量分別用HRUh、HRIh表示：

以上即為工程上計算諧波損耗的估算方法，考慮不管有無集膚效應(yīng)，諧波損耗均為基波損耗的一部分，與基波損耗存在一定的比例關(guān)系。從能量平衡的觀點來分析，該估算方法也是合理的，小部分轉(zhuǎn)化為諧波功率的基波功率，變?yōu)樽⑷腚娋W(wǎng)的諧波電流源，其中一部分諧波功率返回發(fā)電機和系統(tǒng)阻抗，分別被發(fā)電機所吸收和被系統(tǒng)電阻所消耗，大部分諧波功率被負(fù)荷電阻所吸收。

2 諧波對線損和節(jié)電率的影響分析

根據(jù)該公式可較為精確地計算出不同濾波效率下的諧波占基波損耗的比例，從而得知濾波設(shè)備在消諧方面的節(jié)電率。

3 仿真分析

為進(jìn)一步分析諧波損耗對線損和節(jié)電率的影響，本文利用MATLAB/SIMULINK建立仿真模型，對不同諧波畸變率的諧波損耗進(jìn)行仿真分析。仿真參數(shù)：電源容量1 200 MW;電壓500 kV;負(fù)荷為整流阻感性負(fù)載1 000 MW;6脈波整流。濾波裝置參數(shù)：C型濾波器150 Mvar，雙調(diào)諧濾波器150 Mvar，高通濾波器150 Mvar。

仿真主電路圖如圖1所示。

濾波裝置投切后，通過調(diào)整負(fù)載參數(shù)，改變負(fù)荷注入電網(wǎng)的諧波畸變率，測量諧波損耗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1的仿真測量數(shù)據(jù)表明，超過國標(biāo)（110 kV諧波標(biāo)準(zhǔn)為2.0%，電壓等級越高，諧波標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)越小）的諧波被濾除后，節(jié)電率較高，同時諧波損耗也較大。諧波含量越低，諧波損耗也較低，同時濾波節(jié)電率也較小。

4 結(jié)語

本文對電網(wǎng)諧波損耗進(jìn)行了研究分析，推導(dǎo)出適用于工程實踐的諧波損耗算法，并研究了濾波對節(jié)電率的影響，為諧波污染治理的定量計算和電網(wǎng)節(jié)能降損工作提供了有力支撐，對電網(wǎng)電能質(zhì)量的研究和管理具有一定意義。

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收稿日期：2020-09-08

作者簡介：郝俠（1977—），男，江蘇南京人，高級工程師，研究方向：電氣自動化。