电力系统谐波危害产生原理与综合治理体系

摘要：现阶段，在国内的电力系统中，电力电子装置的应用越来越多。虽然这在一定程度上提高了系统运行的稳定性，但谐波污染也随之加重，由此给系统和用电设备的正常运行造成了一定的影响。基于此，首先简要分析了电力系统中谐波的危害和产生原理，然后对电力系统中谐波综合治理体系的构建进行了论述，期望能够对确保电力系统的安全、稳定、可靠运行有所帮助。

关键词：电力系统；谐波电流；综合治理；滤波器

1.电力系统中谐波的危害和产生原理

1.1 危害

谐波对电力系统的危害具体体现在如下几个方面：①电力系统谐波使电网元件产生了附加损耗，易降低发电效率和输配电效率，尤其在大量三次谐波流过三相系统的中性线情况下，有可能引发火灾事故。②谐波会对电气设备的正常运行造成严重影响，不仅增加了电机的损耗，还会引发机械振动和过电压现象，导致变压器局部温度升高。如果电缆、电容器等设备长期受谐波影响处于过热状态，则会造成设备绝缘老化，大幅缩短设备的使用寿命。③由于大部分电气测量仪表都是按照工频正弦波形设计的磁电型和感应型仪表，所以电气测量仪表受谐波的影响较大，会大幅度降低电气测量仪表的准确性。除此之外，谐波还会导致继电器保护装置和自动装置误动作。④在通信系统中，谐波会对通信信号产生干扰，降低通信质量。如果谐波与通信系统极为接近，甚至会导致信息丢失，阻碍通信系统的正常运行。⑤目前，电磁环境生态的影响已经成为了新的研究领域，已有证据证实，高次谐波会对人、动物和生态环境造成一定影响。

1.2 产生原理

在电力系统中，谐波的产生与以下几个方面的因素有关：①电源质量。电能主要是由发电机产生的，因发电机内部的三相绕组在制作过程中很难绝对对称，加之铁芯也无法绝对均匀，所以电源就不可避免地产生了一定的谐波。②输配电系统。输配电系统是电网的重要组成部分之一，该系统内的电力变压器是谐波产生的来源之一。因变压器铁芯均为饱和状态，加之磁化曲线的非线性特征，使工作磁密通常会选在磁化曲线的近饱和段上，由此便会导致磁化电流呈尖顶波形，其中含有奇次波形。此外，变压器的铁芯饱和程度越高，其工作点与线性就偏离得越远，由此所产生的谐波电流就越大，三次谐波电流能够达到额定电流的0.5%左右。③用电设备。以上两种谐波源产生的谐波比例相对较小，用电设备产生的谐波所占比例较大。由于常规的用电设备均具有非线性的特征，所以就算供给其标准的正弦波电压，也会产生谐波电流，而且这部分谐波会直接注入到电力系统当中，从而使系统各处电压产生一定的谐波分量。

2.谐波综合治理体系的构建

由上述分析可知，谐波对电力系统的危害非常严重。为了减轻谐波的危害，确保电力系统安全、稳定、可靠运行，应当构建一套完善的综合治理体系。通过采取技术措施和管理措施，双管齐下，对谐波进行有效的防治。

2.1 技术措施

滤波器是抑制电力系统谐波最有效的设备之一，较为常用的滤波装置有以下几种：①PPE（无缘滤波器）。这种滤波器由电容器、电抗器和电阻器组成，最为突出的特点是结构简单、运行可靠、便于维护、投资少、效率高等，可对高次谐波形成低阻抗通道，同时，PPE还具备无功补偿功能。虽然PPE的优点较多，但缺点也比较明显，即只能消除特定的几次谐波，而且对某些次谐波有放大作用，严重时，甚至会引起谐振。②APF（有源滤波器）。这是一种能够对谐波电流进行实时补偿的装置，它的工作原理是借助功率可控的半导体器件向电网中注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使总谐波电流归零。APF的优点是能够对谐波、无功和负序分量进行实时补偿，但该装置在运行过程中需要承受来自于电网的基波电压，导致逆变器的容量较大，APF的造价较高。③混合型滤波器。所谓“混合型”，就是将APF和PPF结合在一起使用，这样便可以实现优势互补，进而达到有效抑制谐波的目的。鉴于此，在抑制电力系统的谐波时，应当将混合型滤波器作为首选。

2.2 管理措施

谐波的管理措施主要有：①定期普测电力系统中各变电站的母线电压畸变率，及时掌握电网谐波污染情况，并对电网谐波的发展趋势进行预测。②加强对重谐波源用户的实时监控，将谐波在线监控装置安装在该用户的电源侧，监控谐波在电力系统中的情况。利用在线监控系统及时了解谐波电压、电流情况，一旦谐波电压、电流超过了预设的标准值，系统就会自动记录此次谐波超标事件中的超标时间、最大值、最小值、平均值等信息，使电力部门掌握谐波情况，及时分析谐波危害，采取应对措施。③建立谐波源客户技术档案。技术档案中需要记录信息主要有谐波源设备的性质、类型、容量、接入系统点的短路容量，主接线、电容器、滤波器的相关参数，谐波源设备在采取滤波措施后的效果，谐波源设备投运后对线路线损的影响以及设备投运前后线路线损率的对比。当谐波源设备所产生的谐波电流导致公共连接点谐波电压出现超标的状况时，必须立即采取限制措施。

3.结束语

综上所述，对于电力系统而言，谐波电流、电压属于一种比较严重的污染，会导致用电设备所处的环境恶化，并对通信系统和公用电网以外的设备造成危害。因此，我们必须了解谐波的产生机理，然后采取有效的技术措施和管理措施综合治理谐波，以此确保电力系统安全、稳定、可靠运行。

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