1、1电力系统中谐波产生的原因与控制措施摘要随着电力电子技术的发展以及它们在各个工业部门和用电设备上的广泛应用，谐波对电力系统各种用电设备以及用户和通讯线路的影响已经十分严重，造成电力系统的谐波含量急剧上升以及电压波形畸变，使电网的供电质量降低，给供用电双方带来严重危害。因此电网中谐波污染的原因及对系统设备造成的危害就显得非常重要。 关键词电力系统；谐波产生；危害；APF；控制措施 随着电力电子技术的迅速发展，特别是电气化铁路机车、电炉炼钢、多相可控硅整流、电机变频调速、电视机、空调设备等家电的广泛应用，系统谐波成分也越来越复杂，谐波对电能计量的影响也越来越引起人们的关注。谐波对电力系统的危害不仅
2、表现在工程上，而且表现在经济上，谐波造成电能表计量误差会影响电力公司成本和收入。下面就简要论述电力系统中谐波产生的原因及控制措施。 电力系统中的谐波产生有多种来源，在电力的生产、传输、转换和使用的各个环节中都能产生谐波。接入低压电力电力系统的非线性设备产生的谐波电流可分为稳定的谐波和变化的谐波两大类。 稳定的谐波电流是指谐波的幅度不随时间的变化而变化，如视频显示设备和测试仪表等产生的谐波，这类设备对电网来说表现为恒定的负载。但是激光打印机、复印机等产生的各次谐波的幅值却随时间的变化而变化，称之为波动的谐波，这类谐波对电网来说是一个随时间变化的2负载。变化的谐波产生主要来自下列具有非线性特征的电
3、气设备。 （1）具有铁磁饱和特性的铁芯设备，如变压器、电抗器等； （2）具有强烈非线性特征的电弧为工作介质的设备，如交流弧焊机等； （3）以电力电子元件为基础的开关电源设备，如各种电力变流设备（整流器、逆变器、变频器） 、相控调速和调压装置、大容量的晶闸管可控开关设备等，这些设备大量使用于勘探、采矿、机械制造等产业中。 以上这些非线性电器设备（或称之为非线性负荷）的显著特点是它们从电网中取用非正弦电流，即使电源给这些负荷供给的是正弦波形的电压，但由于它们只有其电流不随着电压同步变化的非线性的电压、电流特征，使得流过电网的电流是非正弦波形的，这种电流波形是由基波和由基波频率成整数倍的谐波组成，即
4、产生的谐波，使电网电压严重失真，此外电网还必须向这些负荷产生的谐波提供额外的电能，造成电能的损失和浪费。随着电力电子设备使用的不断增加，同时这些设备产生的谐波又具有较大的振幅，所以目前它们是供电系统中主要的谐波源。 大量谐波电流流入电网后，由于电网阻抗产生谐波压降，叠加在电网基波上，引起电网的电压畸变，致使电能质量变差，当注入公用电网的谐波超过一定值时，会对电网自身及用电设备的正常运行造成损害。在某些时段会使注入到电网的谐波电流对公用电网造成的谐波问题特别突出，这不但使接入该电网的设备无法正常工作，甚至造成故障，而且还会使供电系统中线性负荷承受电流的负载，影响电力系统的供电输送。3鉴于谐波产生
5、的各种危害，必须采取措施对谐波进行控制。控制谐波的方法分为传统和新型的两类。 一、传统的控制方法 （1）增加换流装置的相数。对于平台装置来说，主要动力源是直流驱动，而交流变直流是平台主要的谐波源之一。理论分析表明，换流装置在其交流侧与直流侧产生的特征谐波次数分别为 pk1 和 pk（p 为整流相数或脉动数，k 为正整数） 。当脉动数由 p=6 增加到 p=12 时，可以有效地消除幅值较大的低频项（其特征谐波次数为 12k1 和 12k） ，从而大大降低了谐波电流的有效值。这种方法在平台是比较可行的，但是效果相对较差。 （2）增装动态无功补偿装置，提高供电系统承受谐波的能力。在技术经济可行的条件
6、下，可以在谐波源处装设动态无功补偿装置或更先进的静态同步补偿装置，以获得补偿负荷快速变动的无功需求、改善功率因数、滤除系统谐波、减少向系统注入谐波电流稳定母项电压、降低三相电压不平衡度等，提高供电系统承受谐波的能力。这种方法在各行业已验证是行之有效，但造价较高，很难普遍采用。 （3）将测量、控制装置的供电与动力装置的供电分开。因动力装置的负荷大，测量、控制、微机及显示器的负荷小，动力装置产生的干扰大，供电电源分开后，测量、控制、微机及显示器的电源与动力装置的电源相互隔离，可以大大减少通过电源线的干扰而产生的谐波。 （4）加装交流滤波装置。采用交流滤波装置在谐波源附近，降低连接点的谐波电压，是降
7、低谐波污染的有效措施。滤波装置由 R、L、C 等4元件组成串联谐振电路，利用串联谐振室阻抗最小的特征，这样就消除了 5、7、11 等高次谐波。 二、新型谐波控制措施 有源电力滤波器（APF）是一种新型谐波抑制和无功补偿装置，它不同于传统的只吸收固定频率谐波的 LC 无源滤波器，它能对电流和频率都在变化的无功进行补偿，可以实现动态补偿。 其基本工作原理是，检查补偿对象的电流和电压，经谐波和无功电流检测电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功等电流抵消，最终得到期望的电流电源，达到抑制谐波的目的。 目前常用的 PWM 生成方式有：三角波比较法、滞环控制法、预测控制阀、特定消谐法和空间矢量法。因此通过 PWM 调制和开关频率多重化技术的提高，能够实现对高次频波的有效补偿。 综上，谐波产生的危害是电力系统中常见的现象之一，要运用传统和新型的方法抑制其产生的危害性，减少电能损耗，提供优质的电力服务。 （编辑/永安）
