电力谐波产生及抑制技术分析

电力谐波产生及抑制技术分析

田雅丽

(唐山市规划建筑设计研究院河北唐山)

摘要：随着工厂自动化和人们生活智能化水平的提高，大量电力电子设备被广泛应用，生产和生活带来方便的同时也给电力系统带来了谐波污染，严重影响了电能质量着信息时代的来临，一些敏感性负荷和高科技产品对电能质量提出了更好的要求，而谐波是衡量电能质量的一项重要指标。

关键词：电力谐波；产生原因；抑制技术

一、电力系统谐波的产生原因

电子装置等非线性装置需要消耗无功功率，尤其是相控装置，其在工作时基波电流滞后于电网电压，要消耗很多的无功功率。且这些装置还会很多的谐波电流，谐波源都是要消耗无功功率的。二极管整流电路的基波电流相位和电网电压相位大致相同，所以不消耗基波无功功率，但它产生很多谐波电流。近年来，电子装置应用非常广泛，使得电子装置变成最大的谐波源。在各种电子装置中，整流装置占据的比例很大。常见的整流电路基本都是使用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，以三相桥式和单相桥式整流电路为主。直流侧采用电容滤波的二极管整流电路也是谐波污染源。这种电路输入电流的基波分量相位与电源电压相位大体相同，所以基波功率因数接近1。但其输入电流谐波分量却比较大，所以会使总功率因数很低。此外，使用相控方式的交流电力调整电路及周波变流器等电力电子装置也会在输入侧产生大量的谐波电流。

二、电力谐波的危害

谐波的危害主要有：谐波的存在会引发电路发生串、并联谐振，由此会产生过电压和过电流，从而导致电气元件的损坏，造成经济损失，甚者发生事故；谐波的存在会增大旋转电机的功率损耗和附加损耗，使得电机局部或整体器件长期处于过热状态，这样会大大缩短电机的使用寿命；谐波的存在会对继电保护设备的动作产生干扰，使其产生误动作或者拒绝动作；谐波的存在还会使电力测量仪表产生测量误差，对通信设备造成干扰等等。谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。

三、电力谐波抑制技术

1、被动型谐波抑制方法

第一，无源滤波器。装设无源滤波器是进行谐波抑制的最普遍方法，其利用电容、电感和电阻元件组成电路的谐振原理来迫使该次谐波流入滤波支路，从而避免对电网造成不良影响。具体来说，无源滤波器的类型有单调谐滤波器、双调谐滤波器、二阶减幅型滤波器、三阶减幅型滤波器。第二，有源电力滤波器。根据工程需要有源滤波器也有很多种类，按照变流器的类型，有源滤波器可以分为电压型和电流型；有源滤波器的拓扑结构有并联型、串联型和串、并联混合型。有源滤波器不仅能够补偿谐波电流还能补偿无功，除此以外还可以抑制闪变，能够实现一机多能。与无源滤波器相比，有源滤波器能够实时补偿，响应速度快；系统阻抗不会影响有源滤波器的滤波特性，这样可以避免与系统阻抗发生谐振。有源滤波的缺点：其结构复杂，投资费用高，目前不能被广泛应用。第三，混合型有源滤波器。有源滤波器虽然在很多方面优于无源滤波器，但目前想要完全取代无源滤波器还是不太容易实现。将有源滤波器与无源滤波器结合起来构成混合型的有源电力滤波器既能增大有源滤波器的容量又能降低其生产成本。常见的混合型有源电力滤波器的组合方式有：并联型APF+并联型PPF，串联型APF+并联型PPF，APF与PPF并联后并联接入电网，统一电能质量调节器。

2、主动型谐波抑制方法

第一，增加整流相数。从谐波产生的机理可以知道，整流电路的整流相数越多，电网侧的电流谐波成分越少，这样电流波形越接近于正弦波。所以在整流电路中通过增加整流相数，可以减少电流中的谐波含量，降低谐波对电网的影响，当然随着整流相数的增加，设备的造价也会相应地提高。第二，多脉波换流技术。多脉波换流技术是将偶数个换流器按照一定的规律进行组合，经由移相变压器处理后，每个换流桥电流之间会存在相位差，将这些电流进行叠加，可以削弱或者抵消某些谐波，使电流波形逼近正弦波。该项技术虽然可以有效地抑制谐波，而且脉动数越多，抑制效果越好，但同时换流变压器的设备也会变得更加复杂，此外，另一个不足之处就是逆变侧只能进行有源逆变，无法进行无源逆变。第三，脉宽调制法。

四、电力谐波在电力计量中的应用分析

电力谐波类似于大家熟悉的电阻，是一种难以消除的负面影响因素，在后期的电力系统维护过程中相关工作人员必须加强对电力谐波的有效控制。电力谐波虽然对电力系统的正常运行造成了极大影响，但是其对于电力系统的发展也产生了极大的促进作用。当前来说，我国所使用的电力计量方式已经是一种全能化的计量方式，该种方式要求基波和电力相对稳定，该种情况下所获得的计量数据较为准确。但是当电力计量系统受到谐波干扰时其所能形成的干扰会大大超过设备所能承受的干扰限度，其最终所能获得的计量结果也会出现极大地误差。为了避免在电力计量过程中出现较大误差现象的发生，在后期的电力计量过程中必须将基波和谐波有效划分开来，并且对两者进行区别计量。在计量电表的深入研究过程中，必须对电力系统进行合理化的简化，根据电力系统在实际计量过程中遭受的谐波影响建立起完善的计量误差模型，并且对误差出现的根本原因进行深入分析，最终将电力计量过程中遭受的谐波影响额度计算出来。

结束语

随着人们生活水平的提高，一些高新科技产品的出现，对电能质量提出了更好的要求。如何提高和改善电能质量成为人们关注的热点，而谐波问题是影响电能质量的一个非常重要的因素。

参考文献

[1]王业铨.低压配电网谐波分析及三次谐波抑制研究[D].北京化工大学,2015.

[2]周诗林.电力牵引系统的谐波分析及仿真研究[D].西南交通大学,2015.

[3]任剑峰.配电网中频炉负荷谐波预测与抑制的仿真研究[D].华北电力大学,2015.

[4]刘子军.基于TSVM的铁路电力系统谐波检测方法研究[D].重庆大学,2015.