电力网谐波
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[论文摘要]随着电子技术的飞速发展，非线性负荷在各行各业的广泛使用，电力网的谐波污染问题也越来越不容忽视，由于谐波的不良作用恶化电能质量，增加附加损耗，降低电网可靠性，影响供用电设备的正常工作，甚至损害设备，造成电气故障。首先讨论了谐波的产生，接着分析了谐波的危害，最后研究了谐波抑制和检测。
一、引言
随着工业、农业和人民生活水平的不断提高，电能需求成倍增长，对供电质量及供电可靠性的要求也越来越高。同时随着我国冶金、化学工业及铁路交通运输事业的发展，电力系统中的谐波问题也日趋严重。电网谐波使得电压、电流的波形发生了畸变，使电力系统的发、供、用电设备出现许多异常现象和故障，产生了严重的危害和影响。对其进行有效的抑制，已成为电力系统安全运行工作的重要内容之一。
二、谐波的产生
理想的干净供电系统向用户提供的是一个恒定工频的正弦波形电压，在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里．流过的电流与施加的电压成正比．流过的电流是正弦波。在实际的供电系统中，由于具有非线形阻抗特性的用电设备(即非线性负荷)的存在，当流过的电流与施加的电压不呈线性关系时．就形成非正弦电流。任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波加上基频整数倍的一系列分量，该分量统称为谐波。谐波频率与基波频率的比值(n=fn／f1)称为谐波次数。例如：基频为50Hz．二次谐波为100Hz，三次谐波则为150Hz。应该注意，电力系统所指的谐波是稳态的工频整数倍数的波形，电网暂态变化诸如涌流、各种干扰或故障引起的过压、欠压均不属谐波范畴。
三、谐波的危害
（一）由谐波电流和电机旋转磁场相互作用产生的脉动转矩可造成电机震动，当电机的机械系统的自然频率在受到上述转矩的激发而可能引起共振时，则会损坏电机设备，危及人身安全。
（二）无功补偿电容与电力系统中的电感构成了局部电感、电容回路，它们的组合有时会对某次谐波电流起到放大作用，加剧了谐波危害。当它们构成的局部谐波回路的频率与系统中存在的某次谐波频率相近时，就会造成危险的过电流和过电压。
（三）对继电保护、自动控制装置和计算机产生干扰和造成误动作。因保护和控制设备的工作电压和电流通常都是按照工业频率和正弦波形设计的，谐波使正常工作条件受到干扰，严重时将造成误动或拒动，而引起和扩大事故。
（四）影响测量仪表的精度，造成电能计量误差。干扰通信线路的正常工作。
四、谐波抑制和检测
（一）提高谐波源负荷的供电电压
当本级电网容纳不下谐波源负荷的谐波电流，造成电网谐波超出标准允许值时，可考虑改由高一级电网供电，把谐波源负荷接入容量较大的电网，可以容纳较大的谐波电流。例如，一些用户的整流装置经数千米馈线(10kV)供电，且供电母线的短路容量较小，所以由整流装置产生的谐波干扰很大，常使用户附近的用电设备无法正常工作，此时采用高一级电压(35kV)的电网给谐波源负荷供电，就能避免这些问题。
（二）避免并联电容器组对谐波的放大
并联电容器在一定条件下会产生谐波放大，所以应根据设备情况将并联电容器组的串联电抗器进行适当调整。例如，当仅需要限制合闸涌流时，宜选用电抗率为0.1％-1％的电抗器；为抑制5次及以谐波电压放大时，宜选用电抗率为4.5％-6％的电抗器；为抑制3次及以上谐波电压放大时，宜选用电抗率为12％-13％的电抗器。
（三）就地加装谐波补偿装置
1．在谐波源处装设无源调谐滤波装置，吸收谐波电流，有效地减少谐波量。
2．加装有源滤波装置，采用补偿原理，向电网注入与谐波电流相位相反、幅值相同的电流来抵消电网中的谐波，从而达到抑制谐波的目的。
3．加装静止无功补偿装置(SVC)，对系统、负荷无功功率进行快速动态补偿，改善功率因素，抑制不平衡电流产生，并滤除谐波源发出的谐波。
四）装配有源滤波器
由变流器／逆变器产生的边频带和谐波不能很好地用普通的滤波器来滤除，这是因为边频带上的频率是随传动装置的速度而变化的，并且时常很接近于基波频率。目前有源滤波器日益推广应用，它在工作时主动地注入一个电流来精确地补偿由负荷产生的谐波电流，就会获得一个纯粹的正弦波。这种滤波设备的工作靠数字信号处理(DSP)技术来控制快速绝缘栅双极晶体管(IGBT)。因为设备与供电系统是并联工作的，它只控制谐波电流，基波电流并不流过滤波器。如果所需过滤的谐波电流比滤波器的容量大，它只是简单地起限制作用而使波形得到部分纠正。
（五）基于小波变换检测法
小波变换是近几年掀起热潮的一个国际前沿领域，它是在傅里叶变换的基础上发展起来的新的信号处理方法。从原则上讲，凡传统使用傅氏变换都可以用小波变换来代替。近年来一些文献将小波变换应用于电力系统电能质量分析、故障检测及继电保护等方面，表明小波变换在电力系统具有广阔的应用前景。它主要利用正交小波在L2(R)空间线性张成的标准正交小波基和小波函数时域局部性的特点，将谐波时变幅值投影到小波函数和尺度函数张成的子空间上，从而把时变幅值的估计问题转化为常系数估计，利用最小二乘法即可实现时变谐波的检测。同时递推最小二乘法的应用使该方法适用于谐波在线跟踪。这种方法只是在仿真上证明了它的有效性，但是在实际现场没有证明它的可行性。在这方面还需要进一步研究与探讨。
五、总结
加强电能质量管理，提高电能质量，已经成为电力系统广泛关注的重要内容之一。我们应加强相关标准和规范的宣传，大力推广环保电气产品，将谐波抑制在源头，提高公用电网的纯净度，改善生存环境，为国民经济的持续发展提供可靠的优质电源保证。
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