摘要：電力工程師是從事勘測、規(guī)劃、設計、電力工程建筑、安裝、調(diào)試、技術開發(fā)、試驗研究、發(fā)供電運行、檢修、修造、電網(wǎng)調(diào)度、用電管理、電力環(huán)保、電力自動化、技術管理等工作的電力專業(yè)工程技術人員。本文發(fā)表在《科技創(chuàng)業(yè)家》，是電力工程師職稱評審論文發(fā)表范文。文章介紹了電力系統(tǒng)中常見的諧波污染源種類,分析了諧波污染的危害，并對諧波治理方法進行了總結(jié)，供同行發(fā)表職稱論文參考。

　　關鍵詞：電力系統(tǒng);諧波治理

　　1.電力系統(tǒng)中諧波的來源

　　諧波是指對周期性非正弦交流量進行傅里葉級數(shù)分解所得到的大于基波頻率整數(shù)倍的各次分量，而基波是指其頻率與工頻相同的分量。就電力系統(tǒng)中的三相交流發(fā)電機發(fā)出的電壓來說，其正常波形是正弦量，即電壓波形基本上無直流和諧波分量。隨著電網(wǎng)中各種電力電子設備的增加，電網(wǎng)的諧波污染日益嚴重。諧波會使電網(wǎng)中電壓和電流波形發(fā)生畸變，嚴重影響電力系統(tǒng)中的電能質(zhì)量。對電力系統(tǒng)中諧波污染的有效治理，對于保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重要的意義。

　　電力系統(tǒng)中的諧波主要由非線性或者對電流進行周期性開斷控制的電氣設備產(chǎn)生。電力系統(tǒng)中的諧波源主要有以下兩種：一是具有非線性電流電壓特性的設備，如感應爐、電弧爐、變壓器等。還有就是裝有電力電子器件對電流進行控制的設備，如變流裝置、變頻器、交流控制器等。

　　這些諧波源中，在設備的電源側(cè)有整流回路的都會產(chǎn)生因其非線性引起的諧波。在輸出側(cè)的逆變電路中，對于電壓型電路來說，輸出電壓是矩形波。對電流型電路來說，輸出電流是矩形波。矩形波中含有較多的諧波，對負載會產(chǎn)生不利影響，因此即使電力系統(tǒng)中電源的電壓是正弦波，也會由于這些非線性元件的存在使得電網(wǎng)中總有諧波電流或電壓的存在。因此電網(wǎng)諧波的存在主要在于電力系統(tǒng)中存在各種非線性元件。

　　2. 電力系統(tǒng)諧波的危害

　　電力系統(tǒng)中由于諧波所引起的不良反應十分廣泛。諧波污染會使系統(tǒng)中的設備產(chǎn)生附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設備的效率。大量的三次諧波流過中性線會使線路過熱甚至發(fā)生火災。諧波會引起電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，引起嚴重事故。諧波影響各種電器設備的正常工作，使電機發(fā)生機械振動、噪聲和過熱，使變壓器局部嚴重過熱，使電容器、電纜等設備過熱，使絕緣老化，壽命縮短以至損壞。諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，重者導致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，并使電氣測量儀表計量不準確。

　　電力系統(tǒng)諧波對于系統(tǒng)中供配電設備的主要危害具體表現(xiàn)在：

　　(1) 諧波的增加可能使供電系統(tǒng)發(fā)生諧振。最常見的諧波諧振是在接有諧波源的用戶母線上發(fā)生，因為母線上除諧波源外，還有電容、電纜、供電變壓器及電動機等負載。這些設備處于經(jīng)常性的變動中,容易構(gòu)成諧振條件。一旦發(fā)生諧振，將會發(fā)生系統(tǒng)過電壓而跳閘，甚至絕緣擊穿。

　　(2) 對電動機的影響。電壓諧波會導致直接的感應電動機的額外損耗。高次諧波導致的扭矩脈動在聯(lián)軸器和軸承處會產(chǎn)生磨損和裂紋。由于速度是固定的,諧波中儲藏的能量就以額外的熱量形式散發(fā)了,導致設備過早老化。

　　(3) 對變壓器的影響。諧波電壓可使變壓器的磁滯及渦流損耗增加，使絕緣材料承受的電氣應力增大，諧波電流使變壓器的銅耗增加。這種危害對換流變壓器尤為嚴重，因為交流濾波器通常裝在交流側(cè)，諧波電流仍能通過換流變壓器,濾波器對它不起作用。

　　(4) 對電容器和電纜的影響。在諧波電壓作用下,使電容器產(chǎn)生額外的功率損耗。電容器對供電系統(tǒng)其他部分產(chǎn)生串聯(lián)、并聯(lián)諧振,可能發(fā)生危險的過電壓及過電流,這往往引起電容器熔絲熔斷或使電容器損壞。在諧波電壓作用下,電纜的介質(zhì)損耗增加,使電力電纜絕緣損壞,電纜發(fā)生單相接地故障的次數(shù)明顯增加。

　　(5) 對繼電保護裝置的影響。配電回路的諧波電流含量高會使斷路器遮斷能力降低。這是因為畸變電流過零點時,電弧電流隨時間的變化率要比工頻正弦電流大,電弧電壓的恢復要迅速得多,使電弧容易重燃,導致誤跳閘或在該跳閘的時候根本不跳閘。剩余電流可能會達到使剩余電流保護裝置動作的設定值,引起誤跳閘。

　　3. 電力系統(tǒng)諧波的治理措施

　　諧波的治理可以從產(chǎn)生諧波的非線性負荷和受諧波污染危害的電力設備和裝置兩方面來考慮，具體的治理方法如下：

　　(1)加裝無源濾波器：無源濾波器由L、C、R元件構(gòu)成諧波共振回路，當LC回路的諧波頻率和某一次高次諧波電流頻率相同時，就可以阻止高次諧波流入電網(wǎng)。無源濾波器投資少、頻率高、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便，但也存在一定的缺點-----即濾波容易受系統(tǒng)參數(shù)影響，對某些次諧波有放大的可能、耗費多、體積大。

　　(2)加裝有源濾波器：有源濾波器是通過對電流中高次諧波進行檢測并根據(jù)檢測結(jié)果輸入與高次諧波成分具有相反相位電流，從而達到實時補償諧波電流的目的。與無源濾波器相比，有源濾波器不僅具有高度可控性和快速響應性，而且可以消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振危險，同時也能自動跟蹤補償變化的諧波。缺點是容量大，價格高。

　　(3)加裝無功功率靜止型無功補償裝置：對于大型沖擊性負荷，可以通過裝設無功功率靜止型無功補償裝置獲得補償負荷快速變動的無功需求，達到改善功率因數(shù)，濾除系統(tǒng)諧波，減少諧波電流注入，穩(wěn)定母線電壓，降低三相電壓的不平衡度、提高供電系統(tǒng)承受諧波能力的目的。

　　(4)供電線路分開：把產(chǎn)生諧波的負荷的供電線路和對諧波敏感的負荷供電線路分開，可以使非線性負荷產(chǎn)生的畸變電壓不會傳導到線性負荷上去，防止諧波負荷電流造成的諧波電壓畸形產(chǎn)生。

　　(5)使用理想化的無諧波污染的供配電設備，保證設備輸入和輸出電流都是正弦波。

　　4. 結(jié)論

　　隨著電力電子技術的迅猛發(fā)展，在治理電力系統(tǒng)諧波問題上將會有更多的治理措施涌現(xiàn)，從而可以更加有效抑制諧波對電網(wǎng)的污染，提高電能質(zhì)量。

　　5.參考文獻

　　[1] 電能質(zhì)量講座之諧波治理，程浩忠，低壓電器，2007(10):57-60

　　[2] 諧波抑制技術研究綜述，魏偉，電氣技術，2009(6):19-23