【摘 要】随着经济和科技水平的快速发展，近年来，配电网系统不断发展，家用电器、换流器以及变频调速等设备逐年增加，其在电力系统中的电流与电压用电特性会发生一定的变化，进而产生谐波，其一方面会对供电质量产生污染，另一方面会给社会经济带来一定的损失，因此对电力系统谐波检测及抑制控制尤为重要。
【关键词】谐波危害;无源滤波;有源滤波
引言
随着电力电子装置在电力系统中的广泛运用，非线性型电力负荷与冲击性电力负荷在电网中的占比越来越大，而谐波污染在电力系统里的出现也越来越频繁，电网供给给用户的电能质量受到了影响。文章首先分析了电力系统谐波成因，然后总结了应对电力系统谐波危害的措施。
1概述
电力谐波（Theelectricpowerharmonic），即电力系统电流中与工频频率不同的成分。諧波产生的根本原因为电压加在非线性负载两端，产生了跟电压不一致的电流波形，即电路产生了谐波。谐波频率一般为基波频率的整数倍。根据傅里叶定理，波形可以分为基波频率和整数倍基波频率的正弦波代数和。以产生的源头分类，谐波可分为发电装置质量不高产生的谐波、输配电过程产生的谐波以及电力用户设备产生的谐波。当电网含有大量谐波的时候，电能的传输、利用的效率会降低，并且谐波会使得电力设备发热、绝缘老化加速，甚至使得断路器误操作引发安全问题。
2谐波的危害
在电力系统当中产生大量的谐波，会对电力系统的安全运行产生一定的影响。谐波电流的问题产生，不仅会造成电路和发电机内部形成功能损耗，以及设备内部工作温度不断升高，而且也会造成发电机电动机或者是大型变压器形成较强的震动和较大的声响。在产生一些比较低的谐波当中，会造成系统内部转换装置工作的电流不稳定，同时谐波的电流也会对通信和继电器装置形成不良的影响。产生干扰的情况下，会造成电话通信之间的影响问题，同时还可能形成继电保护装置内部错误和异动的情况。如果电力系统中所产生的谐波程度相对较大，会对内部的消弧线圈的灭弧作用产生不良的影响，造成单相电力工作失效的问题。如果不能及时采取相应的解决措施，那么会严重地影响到自动电闸的开合时间。大量谐波的产生会造成内部电容器的损坏，在电力系统工作当中谐波对外部电容器的影响比较明显，大量谐波的产生会加大介质的整体损耗程度;同时谐波的产生次数和产生的量越大，那么所造成的电压以及电网的损坏程度越明显。主要表现在电力系统当中，电容器的工作温度不断提高，同时电容器的温度升高会造成内部介质的损坏程度加大，如此循环下去最终造成了电容器被高温损坏。
3电力系统中的谐波抑制技术
3.1利用无源滤波器
无源滤波器依据的是谐振原理，在滤波电路的作用下对需消除的高次谐波予以调谐处理，该抑制技术能够确保谐振阻抗达到最低，只要将其安置在谐波附近便能够对谐波电流进行吸收，防止谐波电流进入电网，对谐波产生抑制作用。常见的无源滤波器有以下几种：（1）单调谐滤波器，其主要针对某一次谐波进行设计，相当于一个低阻通道，一旦系统中出现该次滤波便能够对其产生容抗作用，将谐波消除。（2）双调谐滤波器。其由两个单调谐滤波器并联而成，能够同时对两种频率滤波进行吸收，其结构较为复杂，但对基波损耗小。（3）二阶减幅滤波器。其主要是与单调谐波滤波器配合使用，对高于某次的谐波阻抗相对较小，能够将高于该次以上的谐波进行滤除，其不仅能够减少对滤波器的损耗，而且阻抗频率特性好，应用广泛。
3.2利用有源电力滤波器
有源电力滤波器具有较快的响应速度与高度可控性，一方面能够对各次滤波起到补偿作用，另一方面能够对电压闪变起到抑制作用，对无功电流予以补偿，且体积与质量较小、便于携带。有源电力滤波器自适应能力较强，能够对补偿变化中的谐波进行自动跟踪及补偿，对于频率及幅值不断变化中的谐波也能够进行补偿，且无需较大的元件，响应速度快，不会受到电网阻抗的影响，能够避免电网阻抗的谐振风险，对串并联谐振现象起到抑制作用。除此之外，在有源电力滤波器作用下，采用一台装置便能够实现对多次谐波电流以及非整数倍次谐波电流的同时补偿，在补偿期间还可以选择集中补偿或单独补偿，效率高。但该抑制方式也存在一定的不足，经过改进及元件的增加，其结构较为复杂，成本有所增加。
3.3利用主动谐波抑制
谐波产生原理认为当整流相数增加时，网侧电流谐波成分会减少，此时电流波与正弦波接近。以晶匣管三相桥式整流电路为例，其中仅有n次奇次谐波，高次谐波振幅值更低，提示谐波次数的增加会降低振幅值。另外采用波形叠加法也能够对谐波进行抑制。采用两台逆变器，能够确保其电压在副边出现叠加，输出波形半周内都会保持60度间隙，此时第二胎逆变器较第一台会出现36度波形相移。那么在变压器副边上五次谐波能够实现同时抵消，效率较高。
3.4整流电路的多重化
整流电路实现多重化，也就是实现多个方波的叠加，可以实现对次数较低谐波起到消除作用，能够获取和正弦波比较接近的阶梯波。重数越多，所形成的波形和正弦波越接近，但是在过程中的电路复杂度也会提升。所以这一方法只能够在大容量场合中应用。同时，这一方法不但能够降低交流输入电流谐波，也有助于降低直流输出电压中的谐波幅值，与此同时也有助于提升纹波频率。这一方法在应用中实现和PWM技术结合应用，也就能够获取更好的谐波抑制效果，这一方法在桥式整流电路中的应用，有助于降低输入电流的谐波。
3.5增加整流变压器二次侧整流相数
针对带有整流元件设备，可以最大化提高整流相数或脉动数，能够对低次特征谐波起到良好的消除作用，这一措施在应用能够降低谐波源出现的谐波含量，通常在工程设计中也就需要考虑到这一点。整流器在整个供电系统中属于是一个重要的谐波源，因此在交流侧出现的高次谐波是tK1次谐波，所以在整流装置中的6脉动谐波次数为n=6K1，在对其相数提高到12脉动情况下，所得到的谐波次数为n=12K1（其中K为正整数），以此即能够对5、7等次谐波起到消除作用，所以在谐波抑制中加大整流的相数或脉动数，能够对低次谐波起到良好的消除作用。但是这一方法在应用中目前还处于理论阶段，实际中因为投资较高，但是所取到的谐波消除效果不够显著，因此通常是将这一方法应用在大容量的整流装置负载。
结语
随着电力电子装置在电力系统中的广泛运用，非线性型电力负荷与冲击性电力负荷在电网中的占比越来越大，而谐波污染在电力系统里的出现也越来越频繁，电网供给给用户的电能质量受到了影响。电力系统得到了前所未有的发展，接入设备不断丰富、类型多样，其在一定程度上增加了电力网络结构的复杂性，因此，必须加强对电力系统谐波问题的重视度，给予有效的检测与抑制处理，降低谐波危害。
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（作者单位：山东博闻信通电力工程设计有限公司）