电力系统谐波的控制对策研究(2)

从来源上看，电力网中的谐波有多种来源，在电力的生产、传输、转换和使用的各个环节中都会产生谐波。具体来说，主要有以下几种：

(1)用电设备产生的谐波。系统中的各种非线性用电设备如：换流设备、调压装置、电气化铁道、电弧炉、荧光灯、家用电器以及各种电子节能控制设备等是电力系统谐波的主要来源。这些设备的谐波含量决定于它本身的特性和工作状况，基本上与电力系统参数无关，可视为谐波恒流源。如变频装置：变频装置常用于风机、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。

(2)供电系统本身存在的非线性元件是谐波的又一来源。这些非线性元件主要有变压器激磁支路、交直流换流站的可控硅控制元件、可控硅控制的电容器、电抗器组等。如荧光灯、家用电器等的单个容量不大，但数量很大且散布于各处，电力部门又难以管理的用电设备。如果这些设备的电流谐波含量过大，则会对电力系统造成严重影响，对该类设备的电流谐波含量，在制造时即应限制在一定的数量范围之内。如各种铁芯设备，如变压器、电抗器等，其铁芯饱和特性呈非线性。如电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。

以上这些电气设备的显著的特点是它们从电网取用非正弦电流，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、电流特性，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与基波频率成整数倍的谐波组成，即产生的谐波，使电网电压严重失真。谐波对电网的影响主要体现在：

(1)谐波对旋转设备和变压器的主要危害是引起附加损耗和发热增加，还会引起旋转设备和变压器振动并发出噪声，长时间的振动会造成机械损坏。

(2)谐波可引起系统的电感、电容发生谐振，使谐波放大。当谐波引起系统谐振时，谐波电压升高，谐波电流增大，引起继电保护及自动装置误动，损坏系统设备，威胁电力系统的安全运行。

(3)谐波可干扰通信设备，增加电力系统的功率损耗，使无功补偿设备不能正常运行等，给系统和用户带来危害。

三、电力系统谐波的控制对策

谐波问题是关系到供电系统的供电质量的一个重要问题。它不但与供电部门有关而且还关系到广大用户和电器设备制造厂的切身利益。鉴于谐波存在多方面的危害，根据国家对谐波污染的治理要求，采取必要而有效措施，避免或补偿已产生的谐波尤为重要。笔者认为，在电力系统中，为减少供电系统的谐波问题，可以采取以下方式消除或抑制谐波：

(一)通过测量和计算谐波源进行控制

对电力系统的谐波进行管理与治理时，首先应弄清电力系统中的谐波源和谐波的分布状态。对于已知的谐波源，通过测量和计算，如在谐波标准允许的范围内，才能接入电网，接入电网后还要继续监控;对没有达到允许谐波标准的谐波源要采取治理措施，防治谐波在系统的扩散分布。如果系统中某些谐波源是未知的，需要在系统中的某些点测量谐波，这涉及到谐波状态估计与谐波潮流分布计算问题。谐波计算的目的是估计谐波源接入电网后的影响，以及谐波源接入电网时需要采取的措施。在有多个谐波源的情况下，应采用计算机来计算谐波潮流，才能算出电力系统各结点的电压波形畸变值及相关支路的谐波分布。对简单局部的配电网，可估算，特别要注意校验是否会产生谐波放大和谐振。

(二)对电力系统谐波进行综合性治理

如果谐波源注入电网的谐波电流或系统的谐波电压波形畸变率超过标准的规定值，应采取综合性的管理和治理措施，主要包括：(1)考虑减少谐波源的谐波含量。如对各种大型换流装置，应根据具体情况增加换流装置的相数或脉冲数，减少谐波电流的产生。(2)在一些大型谐波源附近，采用交流滤波装置，吸收谐波电流。(3)增大谐波源母线处的相对短路容量，降低系统的谐波阻抗，减少母线谐波电压。(4)加强对电力系统运行的实时控制，避免轻负荷、高电压的运行状态，减少谐波电压过高，对系统电气设备的影响。(5)在设计和运行中，应注意避开并联电容器与系统感抗的谐振。(6)设置谐波监测点，测量电网中的谐波潮流。(7)在电网及电气设备出现异常情况时，要进行谐波检测分析，如属谐波造成的，则应采取措施，予以消除。

(三)加强对电力系统用户端谐波的管理

毋庸置疑，用电用户产生的谐波对电网影响也最大，因此必须加强对用户的管理：首先，要加大对谐波的危害性和治理方面的宣传，使用户深刻认识谐波治理的重要性，谐波治理是是保证电网和设备安全稳定运行的举措。同时要制定一些制度，明确各个部门在谐波管理中的职责、相应的操作规程、规范对谐波的管理。其次，要加大用电检查力度，对于已运行的电能质量污染源用户进行补立档案，本着\"谁干扰，谁污染，谁治理\"的原则，进行谐波源当地治理。同时安装电能质量在线监测仪，并定期进行监测，保证电网电能质量和电网安全运行。最后，当谐波存在时，在一定的参数下电容器组会对谐波起放大作用，危及电容器本身和附近电气设备的安全。可采取串联电抗器，或将电容器组的某些支路改为滤波器，还可以采取限定电容器组的投入容量，避免电容器对谐波的放大。

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