概论现代电力系统谐波危害及检测

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇概论现代电力系统谐波危害及检测范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：本文首先介绍了电力系统谐波的定义、产生及危害，然后探讨了电力系统谐波危害的检测与抑制方法。

关键词：电力系统；谐波；检测

中图分类号：F470.6 文献标识码：A 文章编号：

一、电力系统谐波的定义与产生

电力系统的理想电压波形是频率为50Hz的正弦波，但是由于电力系统大量非线性负荷的存在，使得电压波形产生畸变，对产生畸变的非正弦电压波形进行傅里叶分解，除了得到基频分量，还会得到一系列基频倍数次的波形，这些波被称为谐波。国际电工标准认为，频率为基波频率整数倍的正弦波即为谐波。谐波频率与基波频率的比值称为谐波次数。谐波实际上是一种干扰量，影响电网的正常运行。谐波一般分偶次谐波和奇次谐波，电力系统中由于三相系统的对称性，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在，而奇次谐波的危害要高于偶次谐波。

常见的谐波源生要有以下类型(1)输配电系统中电力变压器、电抗器铁磁饱和特性为非线性而产生谐波；(2)用电设备产生的谐波，主要包括带有功率电子器件的交流设备、双向晶闹管可控幵关、品阿管整流设备、变频装置、电弧炉、感应炉、电气铁道及整流阀。随着科技水平的不断提高，未来的电气系统中的谐波源会越来越多，也更加多样化。个人计算机、数字通信、多媒体和家用电器如洗衣机、电冰箱、空调器的广泛应用，使得谐波问题变得更加严重。

二、电力系统谐波的危害

20世纪60年代以后，电力电子装置在电力系统中的应用不断加深，谐波的危害也引起了人们的重视。谐波对系统的危害具体表现在以下几个方面。

1.系统损耗增大。谐波电流使发电、输电和配电过程产生附加损耗，使得电力系统的一些重要设备温度升高，运行效率降低。在中性点直接接地系统中，若大量未经滤除的三次谐波流过中性点，就可能导致线路过热，甚至会引发火灾。

2.影响电气设备正常工作。谐波会使输电线路损耗增加，导致线路温度过热，绝缘老化，缩短了线路的运行寿命；谐波会增加变压器的磁滞损耗、涡流损耗，使变压器的局部发生过热；对于电机，谐波不仅会产生附加的损耗，还会在电机上产生机械振动、噪声和过电压；对电力电容器，在高频谐波电压下，流过电容器的电流会很大，使电容器产生一定的损耗。

3.引起谐振。电力电容器在电力系统中具有无功补偿的作用，高压输电线路存在较大分布电容。由于线路和变压器电抗的存在，在一定的谐波频率下，就有可能引发串联或并联谐振，谐振会在元件内部产生很大的过电压或过电流，进而危及设备安全，影响电力系统的稳定运行。

4.继电保护装置误动作。测量装置的准确度受到电能质量的影响，在标准的工频电压下，测量装置准确度较高，但在系统混入谐波后，测量装置精确度会大大下降。测量装置不准确时，继电保护装置测量元件会因谐波影响而误启动或者拒动，造成电力系统继电保护装置误动作，造成停电事故。

5.干扰通信。谐波对通信系统的危害主要在于谐波产生的噪声会对无线电的传播产生干扰，使通信信道内传播的信号产生畸变，从而导致通信信号丢失或者畸变。

三、电力系统谐波检测措施

谐波检测是目前解决谐波问题的基础和主要依据，我们通过对谐波的检测，能够实现实时监测电网中谐波的含量及潮流方向，计量各次谐波含量，谐波电压电流幅值，相位等其它参数，从而提高和计量仪表的准确性，对谐波源进行分析，寻找谐波补偿和治理方法，提高电网质量。谐波由于具有分布性，随机性，非线性，非平稳性等其它一系列复杂特征，通常难以对谐波进行准确有效的测量，因此许多学者对谐波测量问题进行广泛而深入的研究。目前谐波测量方法按照其测量原理可以分大致分为以下几类。

1.采用模拟带通或带阻滤波器测量谐波。这是最早的一种谐波检测方法，本文，笔者以模拟并行滤波式滤波测量装置为例，对滤波器滤波方法进行阐述。其原理如图1所示。先将信号输入放大器，对信号进行放大，再依次送入滤波器1、滤波器2、、滤波器n进行滤波，其中滤波器的中心频率为工频的整数倍，按1~n依次增大，最后送入多路显示器显示。由于这种滤波方法电路结构简单，在早期的谐波检测中得到了广泛应用，但由于受外界影响较大，检测精度不高，现在已很少使用。

2.基于傅立叶变换的谐波测量。该方法检测精度高、功能多，但计算量大，计算时间较长，实时性差。另外，在采样过程中，当信号频率和采样频率不一致时，会产生频谱泄漏效应和栅栏效应，使测量的信号参数不准确，相位测量误差会很大，通常无法满足测量准确度的要求。为减少泄漏误差，常常采用加窗算法、插值算法、双峰谱线修正算法来降低误差。

3.基于瞬时无功功率的谐波测量。Ip–Iq法适用于电网电压畸变和电网电压不对称的情况，而p–q法则会产生较大误差，不适用于电网电压畸变。这种方法的优点是实时性好、测量电路简单，缺点是不够经济。

4.基于小波变换的谐波检测方法。小波变换相对于傅里叶变换在频域和时域都能完全局部化，对波动谐波、快速变化谐波的检测有很大优越性，但在稳态测量方面不具备优势。综合来说，小波变换结合傅里叶变换而达到优势互补是一种行之有效的方法。

5.基于神经网络的测量方法。神经网络是一种模仿动物神经网络行为特征，进行分布式并行信息处理的数学算法模型。这种谐波测量方法需要构建恰当网络，选择合适算法。该方法目前也处于初级研究阶段，对于样本的依赖性过高，因此距实际工程应用还很远，但由于其所表现出的检测实时性高、精确度高、抗干扰能力强等优点，发展前景广阔。

四、电力系统谐波抑制的理论及方法

在工业产业化和信息产业化飞速发展的今天，人们对电能质量的要求也在同时提高。但电子装置由于会受到自身非线性因素的干扰，使得电子器件、电力设备已成为电网中最重要的一类谐波源，电流、电压波形和不对称对电网造成更严重的失真，进而造成的后果比较厉害。将电流谐波控制在限定值之内并且能够控制或者消除注入系统的电压谐波。这就是我们对谐波进行处理和完善的目的。对系统中的谐波进行抑制主要有两种思路。一种是被动型思路。通过利用谐波补偿装置来对系统进行谐波补偿；另一种思路是主动型，即对设备本身进行一定程度的改造，使谐波在设备中不能够产生，进而使其与功率有关因素控制在1内，目前这仅适用于最为主要谐波源的电力电子装置。在目前现有的谐波抑制技术当中，PPF、APF、HAPF等通常称呼为被动型抑制，而对电力电子设备自身进行升级改造以及开发新型的低谐波变流器则是称为主动型抑制。

五、结束语：

电力系统谐波是有非线性负荷产生的，谐波对电力传输能够产生严重危害，会引起电网电压波形畸变，使电能质量下降。这不仅影响了电力设备的经济安全运行，而且还造成了严重的通讯系统干扰；同时电力系统谐波对电器设备，对继电保护，自动装置，计算机测量和计量仪器均有不利的影响，甚至会使电气设备的质量和性能受损，电力系统的供电能力降低。

参考文献：

[1]唐求，王耀南，郭斯羽.电力系统谐波及其检测方法研究[J].电子测量与仪器学报，2009.5，23(5)：29-33.

[2]赵永秀.基于SRFFT算法的电力系统谐波分析的研究[D].硕士学位论文，西安：西安科技大学，2003，1-5.