電力系統中諧波治理分析裝置的研究

電能在人們的生產、生活中已經*，電能質量的優劣直接關系到國民經濟的整體效益；電網上各種非線性用電設備的大量使用，以及沖擊性負荷的運用，給電力系統帶來了嚴重的諧波污染和功率因數的明顯降低，而且危害用電設備和通信系統的穩定運行，對其長遠的發展是不利的，因此，采取何種諧波治理措施，就成為供配電系統領域相關管理人員面對的一個新難題，本文以三相四線制為例，探討諧波治理問題。

關鍵詞：電力諧波治理，APF

　　在電工技術工程領域中，將諧波定義為：高于50Hz的電流或電壓成分。一般情況下，電力系統能為其用戶提供恒定工頻(50Hz) 的正弦波電壓，但有時也會出現高于50Hz的電流或電壓成分，即諧波。諧波可分為整數次諧波和分數諧波。

1導致電力諧波出現的因素

　　電力諧波出現的原因很多，這里主要介紹兩種：

　　(1) 可控硅整流器、變壓器等非線性電流電壓類器械導致諧波的出現，是形成電力諧波的主要原因，這種負荷主要來自發電機、輸配電系統以及用電設備。

　　(2) 中頓爐、變頻器設備等逆變負荷，這將有可能形成整數次諧波和分數諧波兩種形式的諧波。

　　發電機是產生諧波的一個來源，因為在發電機設備中的三相勵磁繞組并非是嚴格的對稱，因此磁極磁場也并不會嚴格按照正弦分布，導致出現諧波，想解決由此形成的諧波，就需要使發電機始終保持輸出具有基波頻率的正弦電壓。

　　輸配電系統也是諧波的主要來源之一，因為電力變壓器當中的鐵芯具有非線性特性，再加上在其設計中的問題，使電力變壓器成為輸配電系統中形成諧波的直接主要的設備。在變頻裝置中，會出現兩種形式的諧波，其形成因素的分析是非常復雜的，變頻裝置中設備的功率很大，形成的諧波也會隨著變頻的增加而增多。在現今的供電系統中，一些具有調壓整流裝置的家用電器如洗衣機、電視機、燈具、空調等，在使用過程中會出現偏大的諧波振幅，這些家用電器成為供電系統中諧波產生的重要來源。

　　產生諧波的負荷是諧波產生的直接原因，電網的短路容量、內部組織以及電網中其余來源的負荷是諧波產生的間接原因，但也不可忽視。就目前情況來看，非線性用電設備容量增幅較大，因此，我國電力領域專業人士需要加大對諧波監督和治理工作的研究。

2電力諧波治理

　　2.1合理安排供配電系統

　　供配電系統的設計問題是減少電力諧波產生的重要出發點，在設計過程中，應堅持科學、嚴謹的態度，以當前研究認定的標準為準則，采取科學技術，主要工作有：運用科學儀器分析測量電網諧波，在設計前和設計過程中嚴格審査實際狀況。在選取設備的過程中，要分析實際狀況，審查諧波污染程度。在此基礎上分析諧波污染產生源，在治理過程中，加大資金投入。

　　2.2電力電容器中的諧波治理

　　在供配電系統中，要想減少諧波的產生，就需要減弱投切電容器時而產生的瞬態電壓， 為此可以啟用選相斷路器來完成此項工作。電力電容器在運行過程中，若遇到系統其余部位產生的諧波，就會釆取相應的保護措施，明顯的就是放大某次諧波電流，這就給系統運行的穩定帶來巨大的威脅。對于這種狀況，首先要做的就是在電力回路當中將濾波電抗器串聯在一起，這樣可以有效減少諧波產生的頻率。

　　2.3安裝濾波器

　　安裝濾波器是治理諧波污染的又一有力武器，濾波器主要有兩個種類：無源濾波器和有源濾波器。現今市場流行使用的無源濾波器 主要是由電力電容器、電抗器和電阻這幾個成 分組合而成，但在投入使用時，會將其與諧波源并聯在一起，這樣可以發揮其濾波的價值，無源濾波器的優勢較為明顯，價格不高，構造簡單，維護過程中操作簡便，能夠有效過濾掉高次諧波。有源濾波器，簡稱 APF,作為當前有實力的檢測和控制系統，具有突出的高實時性，反應靈敏，能夠快速察覺電網中電流的變化，并及時跟隨電網諧波電流的變化而采取相應的應對措施，它的優勢可以總結為：無需分析負荷諧波頻率，僅僅依靠 供配電系統中產生的諧波，敏銳地采取措施； 由于它自身設計上的優勢，無需考慮它是否會過載的問題與電源設備的運行方式融洽結合，無需考慮相背離的狀況；可以做出反應，瞬時補充諧波。

3三相四線制中APF對于諧波的治理

　　APF融合了技術核心，將電力電子自動控制、高速計算機等優勢融合其中，運用于諧波治理工作具有較強的針對性和現實性。它建立在測量下的負荷電流諧波含量指數的基礎之上，運用逆變器，使產生的諧波電流 與系統中諧波電流大小相同，但相位相反，這樣的諧波電流進入電網后，可以與其中己存在的諧波相抵消。

　　3.1瞬時無功理論

　　瞬時無功能理論結合的實踐經驗， 在APF諧波檢測運作過程中發揮巨大作用。 瞬時無功理論中的某些理論成果是嚴格以三相平衡為前提的，所以也只適用于三相三線的接 線方式。在三相三線制的運作當中，如果三相電流出現失衡狀況，在公共回路當中就會有所 反應，如會有少量的電流，在這種情況下，三相當中就會不自覺地引進基波與各次諧波的零序分量，若出現此種狀況，瞬時無功理論就失去了存在的前提。在國內電力研究領域當中，三相四線這種普遍使用的接線方式是主要研究對象，近幾年的研究也不斷實現新突破，零序電流分離在電力研究者當中獲得了*，值得加大研究力度，并大力推廣。

　　3.2三相四線制當中零線電流的控制

　　在三相四線制當中，APF的巨大功用不僅體現在對三相電流進行諧波補償，在系統運作當中，它還需要進行對零線諧波電流的補償，對于零線電流的控制，步驟較為復雜，電力研究人員根據實踐情況研究出較多的方式，其中四橋臂式是提高靈活性的有效方式， 四橋臂式對于電網中諧波的產生有較好的控制效果，而且在中線補償方面取得突出成果。

　　3.3電力系統各環節的延時問題

　　在控制不當的情況下，系統中各個環節易出現延時狀況，如何降低各環節延時狀況產生的頻率，使通過儀器檢測出的電流信號與實際狀況*相符，是關系到APF功能問題。

　　三相四線制的電力系統當中，若出現延時將影響電網運作的主要環節有三個：三相四線零序分離延時、IGBT死區延時、數字處理延時，將并聯型APF系統作為主要研究對象，可以采取以下方式減少延時：采用互感器，此種互感器應具有相應補償功能；啟用微處理 器；縮短電力系統采樣審查周期；加快控制信號的更新頻率；選取適宜的開關設備，縮短死區時間；啟用有效的預測方式。

4 安科瑞諧波治理產品選型

4.1立柜式

備注：具體尺寸按報價方案為準。

4.2模塊化

5 結束語

　　在我國供配電系統當中，諧波污染是待解決的問題之一，近年來由于社會對于電力的需求變大，以及新型電器的不斷產生，對電力系統的要求也越來越高，形成的諧波污染也越來越不容忽視，因此，我國相關研究人員結合居民以及單位的實際用電狀況，釆用設備，研究新理論去解決電力諧波治理問題。

參考文獻

[1]陳建堂，關于電力諧波治理以及分析裝置的研究[J]電力電子

[2]朱丹紅，王寶平，談高線廠的諧波治理[J]變頻器世界，2010（07）

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  [4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.6版