电力系统谐波的控制对策研究
摘要：在电力电子设备广泛应用以前，人们对谐波及其危害就进行过一些研究，并有一定认识，但那时谐波污染还没有引起足够的重视。随着电力电子设备在电力系统中的广泛应用，谐波问题逐渐被人们认识和了解，因此对其产生的原因、危害与影响的机理以及综合治理的实施等方面的探索也在不断深入。本文在对电力系统谐波的特性和来源进行详细分析的基础上，提出了几点有利于控制电力系统谐波的对策，对于研究电力系统谐波控制的相关问题具有一定的指导价值。
关键词：电力系统;谐波;控制
引言
近年来，各种电力电子装置的迅速发展使得公用电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波危害的严重性才引起人们高度的关注。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、空调设备等家电的广泛应用，系统谐波成份也越来越复杂，谐波对电力系统带来的危害十分严重，谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。此外，由于电气设备越来越多地采用了高效节能新技术，同时出现的非线性负荷，也产生了大量的谐波电流。因此，对谐波的研究以及如何抑制、治理谐波成为了一个具有重要意义的社会课题。基于上述背景，本文就电力系统谐波的控制方法做一点初浅的探讨。
一、电力系统谐波的特性
近年来，全世界科技界普遍关注被称为世界性的两大问题，即能源和环境。电力工业是一个生产最佳能源产品的大系统。如何符合用电负载需求进行有效的能量转换，确已成为当今电力系统日益关注的焦点。而原有的传统的电能形态，在电能的合理有效使用上，受到了很大的约束和限制。采用电力电子装置等高技术，在高效使用电能上已越来越多地被人们所认识。然而，电力电子装置的使用，出现的谐波问题反过来又使得换流电路的功率因数下降，造成效率降低，与合理有效使用能源相悖。目前，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。世界各国都对谐波问题予以充分和关注。国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。
在传统电力系统中，正弦波形被畸变的现象早已存在，由于其功率相对不大，因而危害并不明显。可是现代电力系统对电能形态提出了新的要求，具体表现为借助电力电子装置引入功率变换技术，对功率电子的流动进行通断控制，以满足用户对频率、电压、电流及波形的要求。国内有专家统计，我国目前电能的30是经过各类功率变换后供用户使用的。但是，供电电源与用电设备间的非线性接口电路，在实现功率控制和处理的同时，所有电力电子装置都不可避免地会产生非正弦波形，向电网注入谐波电流，使公共连接点的电压波形严重畸变，产生很强的电磁干扰。并且随着功率变换装置容量的不断增大、使用数量的迅速上升和控制方式的多样性等，电力电子装置的潜在负作用日益突出。
谐波问题是随电力电子技术的出现而相伴产生的。谐波会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，相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率与无功功率，从而降低电网电压，浪费电网的容量。同时，谐波的负作用带来了电气环境的一大公害，即谐波污染。这与世界性的自然环境问题相类同，而且其影响面更大，距离更远。谐波的污染与危害主要表现在对电力与信号的干扰和影响上：在电力危害方面，影响旋转电机等的附加谐波损耗，使其发热，缩短使用寿命;谐波谐振过电压，造成电气元件及设备的故障与损坏;使原来的电能测量定义和方法不适应。在信号干扰方面，信系统产生电磁干扰，使电话通讯质量下降;造成重要的敏感的自动控制与保护装置工作紊乱;影响功率处理器的正常运行。
二、电力系统谐波产生的来源
在电力系统中，谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。由于半导体晶闸管的开关操作和二极管、半导体晶闸管的非线性特性，电力系统的某些设备如功率转换器比较大的背离正弦曲线波形。当电力系统向非线性设备及负荷供电时，这些设备或负荷在传递、变换、吸收系统所供给的基波能量的同时，又把部分基波能量转换为谐波能量向系统倒送，使系统的正弦波形畸变，由于负载与整个网络相连接，这样畸变电流就可以流人到电网中，这样的负载就成了电力系统中的谐波源。
从类别上看，电力系统的谐波源主要有三大类，主要包括：(1)铁磁饱和型：各种铁芯设备，如变压器、电抗器等，其铁磁饱和特性呈现非线性。(2)电子开关型：主要为各种交直流换流装置以及双向晶闸管可控开关设备等。(3)电弧型：各种冶炼电弧炉在熔化期间以及交流电弧焊机在焊接期间，其电弧的点燃和剧烈变动形成的高度非线性，使电流不规则的波动。其非线性呈现电弧电压与电弧电流之间不规则的、随机变化的伏安特性。
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