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1、电力系统谐波测试与治理技术的研究与分析【摘要】谐波的存在会对电力系统本身及广大电力用户造成巨大影响，近年来我国因谐波引发的各类事故不断增多，给电力企业和用户都带来了不必要的经济损失，因此各国政府和科技界对电力系统谐波问题展开了大量的研究。但毋庸置疑地，目前电力系统谐波测试与治理技术的研究还比较薄弱，成熟的市场化产品较少，因此本文将对此展开深入探讨。 【关键词】谐波；测试；治理技术1.电力系统谐波的危害自二十世纪七十年代后，世界各国对电力系统谐波问题展开了广泛的研究，国际电工委员会（IEC）和国际大电网会（CIGERE）相继组成了专门的工作组，制定了包括供电系统、各项电力设备和用电设备以及家用电
2、器在内的谐波标准，并将谐波干扰问题列入EMC范围内。为了提高电力系统的供电质量，我国分别在1984年和1993年颁布了SD126-1984电力系统谐波管理暂行规定和GB/T14549-1993电能质量公用电网谐波，就电力系统谐波的相关标准和管理办法进行了详细阐述。毋庸置疑地，谐波的存在会对电力系统的供电可靠性和质量造成危害，具体体现在如下方面：首先，谐波的存在会使公用电网中的元件产生附加功率损耗，此附加功率损耗不仅会引发元件的发热而造成其使用寿命的缩短，而且会增加电量系统的损耗，从而造成输电设备、发电设备和用电设备效率的降低；其次，谐波的存在会使电网电压发生畸变，造成继电保护系统动作特性的改变
3、，引发继电保护系统的拒动或误动，这对于确保电力系统的安全运行是极为不利的；再次，谐波的存在会对邻近通信系统产生电磁干扰，使通信系统的通信质量大打折扣，严重时还会引起通信数据的丢失，使通信系统无法正常运行；最后，谐波的存在会使公用电网产生局部的串联谐振和并联谐振，这会导致谐波的放大，从而使谐波对电力系统的危害被进一步扩大。2.电力系统谐波的测试技术目前对电力系统谐波进行测试时，使用较多的是PX5三相谐波分析仪、FLUKE41B单相谐波分析仪、FLUKE435三相电能质量分析仪等测试仪表，但这些测试仪表主要是针对具体谐波源用户进行测量，从测量范围和功能上都存在一定的局限性（如主要是针对变电站10k
4、V配电母线或具体的谐波源用户进行测量），因此无法为全面掌握整个地区的谐波源状况提供数据支持。在对电力系统谐波进行测试时，要求仪表测试所生成的图表能够准确反映任一时刻谐波的状态，同时对谐波电压会谐波电流的采样频率也有着极为苛刻的要求，要求采样时间间隔最小要能够达到1s，从而确保对电力系统谐波状况的实时和全过程监控。下面以FLUKEl760电能质量分析仪为例，分析电力系统谐波的测试方式：（1）测试仪器的设置。将FLUKEl760电能质量分析仪设置为自动定时测量方式，每隔10min测量一次，设置谐波次数为第225次，进行超过24h的连续谐波测量；（2）测量信号的抽取。从被测线路测量CT的二次回路试验
5、端子接入FLUKEl760电能质量分析仪的电流输入端，抽取电流信号；从被测线路测量PT的二次回路试验端子接入FLUKEl760电能质量分析仪的电压输入端，抽取电压信号；（3）数据的处理方法。FLUKEl760电能质量分析仪测量完毕后，通过使用仪器自带的后台分析功能，对定时测量的存盘数据进行分析和处理，得到电流电压总畸变率、电流电压瞬时值、各次谐波电流电压的最小值、各次谐波电流电压的最大值、各次谐波电流电压的平均值及95%概率值，并以最大相的95%概率值作为最终测量结果，与国标的允许值或限值进行比对，以此来判断电力系统的谐波电流是否超标。使用FLUKEl760电能质量分析仪对电力系统谐波进行测量
6、，具有如下功能：FLUKEl760电能质量分析仪能够对电能质量事件（如浪涌电流、电压闪动等）进行检测和记录，用户还可以根据需要设定相应的自动记录时间；FLUKEl760电能质量分析仪能够与计算机相接，在线进行谐波记录，并且通过计算机提供的功能对电流系统谐波进行分析和处理；FLUKEl760电能质量分析仪能够对电压电流波形或谐波频谱进行大屏幕显示。3.电力系统谐波的治理技术目前，解决谐波污染问题的基本思路主要有如下两条：（1）在电力系统中装设谐波补偿装置（无源滤波和有源滤波两类），让谐波补偿装置来补偿电流系统的谐波和无功功率；（2）对电力电子装置进行改进，让电力电子装置具有较高的输入功率因素（尽
7、量趋近于1）并使其少产生甚至不产生谐波。以往电力系统谐波治理的技术主要是采用无源滤波技术，也就是使用LC滤波器（LC滤波器由滤波电抗器、滤波电容器和电阻等无源器件构成）。无源滤波技术既能够补偿无功功率，又能够补偿谐波，此外还具有投入成本小、结构简单、效率高及维护方便的优点，因此是较长一段时间内人们广泛采用的抑制谐波及无功补偿的主要手段。但是它也存在以下缺点：只能抑制固定的几次谐波，并对某次谐波在一定条件下会产生谐振而使谐波放大；只能补偿固定的无功功率，对变化的无功负载不能进行精确补偿；其滤波特性受系统参数影响较大，且其滤波特性有时很难与调压要求相协调；重量与体积较大，有效材料消耗多等。为解决无
8、源滤波器的局限性，人们做了许多研究与探索，其中具有代表意义的就是有源电力滤波器技术的提出。与无源电力滤波器相比，有源电力滤波器具有以下优点：对功率器件工作频率以内的各次谐波都有较好的滤波效果；当系统阻抗和频率变化时，滤波特性不受影响；不会与电网发生串、并联谐振现象，且能有效地抑制系统与无源滤波器之间的谐振；不存在过载现象，当负载谐波电流较大时，仍能继续运行。为了做好电力系统谐波的治理工作，供电局要认真做好以下几方面的内容：（1）在用户报装时，供电局要认真调查用户的用电性质和用电设备，在规划设计时认真考虑电力系统面向的用户需求，尤其是用户为工矿企业时，供电局要认真开展通电验收时的谐波检测工作，从
9、而针对性制定相应的谐波抑制对策，力求为工矿企业提供优质的电力；（2）供电局要向用户大力宣传谐波治理的重要性，让用户明白谐波的治理绝不仅仅是供电局自身的事情，鼓励用户积极参与到谐波治理的工作中来，从而降低供电局的工作强度；（3）为了提高用户参与谐波治理的积极性，供电局可以采用分别计量基波电能和谐波电能的方式，对注入谐波电能的用户在电价上给予一定的成本分担，对吸收谐波电能的用户在电价或用电量上给予一定的谐波分量补偿；（4）供电局对配电网的线损进行定期统计，对线损率较高的区域进行重点调查和分析，如果怀疑是因谐波导致线路线损率过高，那么要在找到谐波源后加装相应的治理设施（如有源滤波器应用在逆变器产生的谐波治理上）。4.小结从全文的分析可知，谐波会对电力系统造成很大的危害，因此近年来供电局纷纷开展谐波测试与治理技术的研究工作，取得了一定的进展，这对于提高电力系统的电能质量及确保用户的用电可靠性是至关重要的。参考文献1张直平，李芬辰等.城市电网谐波手册M.中国电力出版社，2003.2王兆安，杨君等.谐波抑制和无功功率补偿（第二版）M.机械工业出版社，2006.3王见乐.10kV配电母线谐波超标原因分析J.科技信息，2009（33）.徐锋（1964年5月-），男，本科，天津人，工程师.
