谐波分析与治理措施探讨
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[摘 要]电力用户对电能质量的要求不断提高，电力用户已不仅仅关注供电系统电压和频率，对供电系统谐波的关注也越来越明显。因此，研究谐波问题十分必要，供电系统对谐波的管理和监督也日益重视和规范，本文通过电能计量中谐波影响因素的分析，不断提高电能计量的准确性。
[关键词]电能质量;谐波;治理
中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）22-0077-01
引言
电能质量是指首先是合理地反映同电压关联紧密的电流改变状况，除了给用户供应单一频率的正弦波之外，还进一步要求该电流的波形同供电电压的相位一致，供应电能的质量，其技术内涵主要表现为供电的可靠性、稳定性及电压实际的质量。随着电力电子技术在各工业部门和用电设备上的广泛应用，非线性负荷数量越来越多，在电网中产生了大量的谐波污染，降低了电能质量，进而降低机器的使用效率，甚至引起严重事故。
1、谐波源
在用电设备中有多种非线性负荷，非线性负荷从电网吸收非正弦电流，引起电网电压畸变，即所有电压与电流的关系为非线性的用电设备都是谐波源。谐波即对周期性变流量进行傅里叶级数分解，得到频率大于1的整数倍极薄频率的分量。它是由电网中非线性负荷产生，例如可硅控整流装置，电弧设备、电气化机车、变压器等都是高次谐波的电流源，它们接入电网后将使系统母线电压畸变。间谐波是指非整数倍基波频率的谐波，这类谐波可以是离散频谱的或连续频谱的，但其危害等同于整数次谐波电压，其抑制与消除却比整数次谐波困难得多，间谐波电压是由较大的波动或冲击性非线性负荷引起的。
2、谐波产生的原因
谐波是存在于电力系统中的一个周期性电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。从大量文献资料和实际工作经验可知，供配电系统中的谐波主要有2个方面的来源：一是供配电网系统中大量使用的电力电子设备、变频调速设备如TCSC、SVC、高压变频器、变频调速控制装置等，其在运行过程中会产生大量谐波注入到供配电系统污染供电网络;二是非线性电力用户在电能消耗过程中会产生相应谐波分量反馈如供配电系统中，对供配电网络造成污染。据大量统计资料表明，非线性电力用户在用电过程中产生的谐波分量是供配电网络中最为主要的谐波源。
3 电能质量的改善措施
3・1 有源电力滤波器
随着电力电子技术的发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器（APF）。虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点（广泛用于配电网中），但由于滤波器特性受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用，甚至发生谐振。APF利用功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为0，达到实时补偿谐波电流的目的（如图1）。APF具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化的谐波，具有高度可控和快速响应等特点。有源滤波器分为两种： 并联型有源电力滤波器及串联型电力滤波器。其中并联型电力滤波器主要解决谐波电流问题; 串联型电力滤波器主要解决谐波电压问题。两种滤波器工作原理基本相同，并联型有源滤波器检测负载电流，通过相应算法计算出其谐波电流，然后发出与负载谐波电流大小相等、方向相反的电流，与负载谐波电流相互抵消，以达到减小电网侧谐波电流的目的。
3・2 静止无功发生器
所谓静止无功发生器（SVG），是指用自换相的电力半导体桥式变流器来进行动态无功补偿的装置，它与静止无功补偿（SVC）装置相比，具有调节速度更快，运行范围宽等优点，并且在采取多重化、多电平或脉冲宽度调制（PWM）技术等措施后可大大减少补偿电流中谐波的含量，因此在静止无功发生器进行研究对电能质量的提高具有一定的指导意义。静止无功发生器的基本原理：就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，通过控制开关器件的通断，来调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，使该电路吸收或发出所需无功电流，从而实现动态无功补偿的目的。
与普通无源设备相比，SVG 具有以下优势：SVG 不会过补也不会欠补，保证 供电 系统 的 用电安全; SVG 实际补偿容量和设备容量一致，占地面积不到同容量无源设备的一半; SVG 不会和系统发生谐振，本身谐波含量极低; 响应速度快，全响应时间不到 10ms。无源设备存在后期维护费用高，分级投切容易过补或欠补，易和系统发生谐振，影响配电系统的供电安全，而 SVG 可以很好地解决这些问题。SVG 保证功率因数可以达到 0. 99，平均功率因数达到 0. 97 以上，优于无源设备的补偿效果。
3・3谐波发生器的控制
在主电路与控制对象均已确定的情况下，电流控制手段会影响装置的整体性能。由于电能质量调节器的容量相对较大，对其所用的电力电子器件的安全性和效率要求较高，因此，控制器设计在提高电流跟踪精度的同时，还应尽量保持逆变器的开关频率恒定、提高装置的安全性、提高直流电压利用率以减小整个装置的容量和损耗。在UPFC实际应用中一般采用基于PWM的电压源逆变器作为发生器。现使用较多的控制方法有三角载波线性控制和滞环比较控制、前者是最简单的控制方法，开关频率恒定，装置安全性较高，但响应较慢，精度较低。后者精度较高且响应快，但开关频率可能波动很大。随着微机控制技术和数字信号处理技术的迅速发展，控制披术的数字化必将在UPQC中得到进一步的应用、如无差拍控制就是在电流滞环控制技术的基础上发展起来的全数字化控制技术的范例。
3・4 PWM整流器
以上方法是从补偿的角度来改善电能质量。还有一种方法是改进电网中的污染源，使其不对电网产生污染。要对污染源进行改进，首先应考虑对整流器的改进，即所谓的功率因数矫正技术PFC。PFC技术利用一定的控制策略，控制整流器交流侧的电流和电压同相，从而消除整流器对电网的谐波和无功污染。目前，单相PFC技术比较成熟，而三相PFC技术仍处于研究阶段。越来越多的应用场合要求能量双向流动，及时将能量返回电网以节约能源。在各种PFC电路结构中， PWM整流器因其能实现双向流动而备受关注。
4 结语
谐波已是目前电力系统中不可回避的现象，只要能够认真对待谐波问题，将会避免谐波产生的危害，为保证电网和用电设备安全经济运行，净化电源，提供质量合格的电能。如何不断的完善电能质量控制技术，使电网能够更好的服务用户，提供更加坚实的基础，将是我们不断研究和努力探索的方向。
参考文献：
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[2] 莫冬青.浅析电力系统中谐波的危害及抑制方法[J].机电信息，2014.
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