陳子輝　王碩君　劉勇浩　吳智影　朱躍勝

摘要：電網(wǎng)諧波是當前對配電供電系統(tǒng)、電網(wǎng)設(shè)備、用電設(shè)備等危害最大的電能質(zhì)量問題之一。文章對典型干擾源治理應用不同諧波治理裝置的工作原理及其優(yōu)缺點進行分析并結(jié)合不同應用場景，分析諧波治理中濾波技術(shù)的選擇方案，對于實際工作有一定參考意義。

關(guān)鍵詞：諧波源；有源濾波器；混合濾波器；諧波治理；電網(wǎng)諧波 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM714 文章編號：1009-2374（2016）34-0073-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.34.036

隨著技術(shù)的發(fā)展，電力電子裝置與非線性用電設(shè)備廣泛應用于電網(wǎng)與電力用戶中，電網(wǎng)的諧波污染問題日益嚴重。諧波是對設(shè)備危害最大的電能質(zhì)量問題之一。諧波不僅增加了設(shè)備的附加損耗，降低設(shè)備工作效率和使用壽命，而且影響繼電保護和自動裝置的工作和可靠性，造成計量儀器計量不準確，干擾通信系統(tǒng)的正常工作。為減少諧波問題的負面影響，提高電能質(zhì)量，諧波治理技術(shù)和諧波治理裝置應運而生。

1 諧波的危害簡介

諧波定義為一個周期電氣量中，頻率為基波頻率整倍數(shù)的正弦波分量，其來源主要有電力電子裝置、中高頻感應爐等非線性設(shè)備。諧波會引起電壓及電流波形的畸變，嚴重污染電能質(zhì)量。具體來說，諧波增加網(wǎng)損、影響設(shè)備、產(chǎn)生諧振，并可能會嚴重影響用戶。

2 諧波治理措施對比

2.1 無源濾波器

無源濾波器（Passive Power Filter，PPF）一般由電容器和電抗器串聯(lián)而成，利用兩個元件的組合諧振特性，在阻抗分流回路中形成低阻抗回路，從而減小流向電網(wǎng)的諧波電流，一般用于抑制較低頻率的單一諧波。PPF成本低、技術(shù)成熟，但由于諧振頻率依賴于元件參數(shù)，只能對特定諧波進行濾波，且可能與系統(tǒng)產(chǎn)生串/并聯(lián)諧振，因此一般只用于靜態(tài)補償。

2.2 有源濾波器

有源濾波器（Active Power Filter，APF）是一種用于改善電能質(zhì)量的裝置，不僅能夠?qū)ψ兓闹C波進行抑制，還能對變化的無功進行補償。APF針對無源濾波器的缺點進行了改進，具有良好的應用前景。

有源濾波器由諧波和無功功率檢測電路、產(chǎn)生補償電流的逆變器這兩大部分組成。前者用于諧波電流和無功等分量的檢測，后者根據(jù)檢測結(jié)果產(chǎn)生幅值相等、相位相反的諧波分量，再注入電網(wǎng)將其抵消，以便達到實時補償諧波的目的。在眾多有源濾波器中，電壓型并聯(lián)式有源濾波器的應用最為廣泛。但由于有源濾波器成本較高，容量一般較小，因而限制了它的推廣。

2.3 混合型濾波器

混合型濾波器（Hybrid Active Power Filter，HAPF）是結(jié)合了無源濾波器和有源濾波器各自的優(yōu)點而提出的組合方案?；旌闲蜑V波器可分為三大類：并聯(lián)型混合有源濾波器、串聯(lián)APF混合型濾波器、串聯(lián)-并聯(lián)混合有源濾波器?；旌闲蜑V波器成本低廉、濾波性能優(yōu)越，并有效避免了單一濾波方式的缺點，是一種非常有前景的濾波技術(shù)。

3 濾波技術(shù)的選擇

3.1 無源濾波器的選擇

低壓電網(wǎng)的諧波以低頻諧波為主。其特點是諧波頻率較為固定，且對高頻濾波沒有要求，因此選擇成本較低的無源濾波器便可達到預期的濾波效果。如供電公司變電站10kV母線上的鐵芯設(shè)備和用戶用電設(shè)備主要產(chǎn)生3次、5次等奇次低頻諧波，針對這個問題，變電站采用無源濾波器進行諧波治理，既可以達到諧波治理效果，也可以節(jié)約成本，提高經(jīng)濟性。還有一些三相4線系統(tǒng)的用戶，很多時候中性線零序電流超過標準設(shè)計電流，將會造成中性線過度發(fā)熱，導致中性線熔斷，嚴重時發(fā)生火災。這樣專用零序濾波器應運而生。

3.2 有源濾波器的選擇

以上變電站10kV母線上的無源濾波技術(shù)很多時候兼有無功補償?shù)墓δ?，當系統(tǒng)無功足夠時，很有可能就不需要投上無源濾波器，這時電網(wǎng)就會經(jīng)受諧波的危害。如果這時母線上的用戶各自諧波源的諧波含量都不超國家標準，供電公司就必須考慮大功率的有源濾波了。實際應用中，有源濾波器濾波效果雖然優(yōu)于無源濾波器，但考慮到成本因素，其容量一般較小。因此，有源濾波器一般適用于諧波情況較為復雜的中低壓、小功率的濾波場景中。

2012年，某供電公司變電站10kV 1M多臺10kV電容器燒毀，經(jīng)檢查是由A電力用戶廠內(nèi)諧波源引起。對A電力用戶電能質(zhì)量進行專項測試，發(fā)現(xiàn)諧波電流含量超標，見表1：

A電力用戶電氣系統(tǒng)主要是大功率直流設(shè)備、變頻器傳動設(shè)備等。直流設(shè)備采用三相6脈沖整流裝置，主要產(chǎn)生6K±1次諧波，即5、7、11、13次特征諧波等；變頻器產(chǎn)生電力諧波，主要特征波是3、5、7、11、13等次。經(jīng)在線監(jiān)測，這些設(shè)備都是運行中無功功率和有功功率變化不穩(wěn)定。電力用戶未來5～10年用電容量增長不大，目前容量列表見表2：

A電力用戶為更有效地提高配電系統(tǒng)電能質(zhì)量，考慮直接在配電系統(tǒng)低壓端對諧波干擾源設(shè)備應用有源濾波技術(shù)，濾波效果非常明顯，諧波含量達到國家標準。

一般來說，一些大功率的變頻設(shè)備和中頻電源，應用無源濾波器濾波效果也欠佳，一般也考慮有源濾波器。如B電力用戶廠房裝有多臺采用可控硅中頻電源的大功率電加熱設(shè)備和數(shù)控車床，運行負荷變化大，有功功率和無功功率變化不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生大量諧波，嚴重污染電能質(zhì)量，并影響到了電網(wǎng)配網(wǎng)設(shè)備的正常使用。經(jīng)深入分析研究，該B電力用戶廠房的2#變低壓支路總諧波畸變率超標，注入母線的5、7、11次諧波電流含量較高，同時，由于負荷變化大，因此考慮加裝有源濾波器治理。根據(jù)諧波電流大小及變壓器容量，采用兩臺200A的有源濾波器。安裝后測試，原先超標的5次諧波電流從22.5%下降到1.5%。有源濾波器投入運行后，諧波電流明顯減小，有效地保證了供電系統(tǒng)的安全運行。

3.3 混合型濾波器的選擇

大多數(shù)情況下，電網(wǎng)中的諧波除了一些特定次數(shù)的諧波之外，還存在不斷不規(guī)則變化的諧波。而單獨使用無源或有源濾波器均有不適用之處，在這種情況下，混合型濾波器就能發(fā)揮其優(yōu)勢，達到很好的濾波效果。在有些供電容量較大的電源母線上，帶有多臺變壓器，并且每臺變壓器負荷容量大小不同，變化也不同，單獨使用有源濾波效果不明顯，必須考慮混合式濾波器。

在上述采用濾波技術(shù)的例子中，無源濾波器雖然能起到一定的濾波作用，但由于其固定的元件參數(shù)，濾波器容易與電網(wǎng)發(fā)生諧振，影響濾波效果。因此，在無源濾波器的基礎(chǔ)上加入有源濾波器，組成混合濾波器來對諧波進行治理。其中：無源濾波器包括3次、5次等單調(diào)諧波濾波器、專用零序濾波器、高通濾波器；有源濾波器環(huán)節(jié)主要起到提高無源濾波器濾波效果、抑制電源電壓畸變產(chǎn)生諧波電流以及抑制電力系統(tǒng)阻抗和無源濾波器之間可能產(chǎn)生的串/并聯(lián)諧振的作用。通過對系統(tǒng)及濾波裝置的仿真與實際應用，絕大部分諧波電流被濾除，補償后的系統(tǒng)電流和電壓波形也得到極大改善。還有在配電系統(tǒng)中，配電變壓器高壓端和低壓端濾波效果不一樣，在高壓端濾波效果比在低壓端濾波效果更好，但高壓端濾波費用將會更高。

4 結(jié)語

諧波無論對電網(wǎng)設(shè)備還是電力用戶都會造成危害，目前針對諧波的治理措施也有多種選擇。本文結(jié)合案例，說明了在濾波裝置的選擇上，應該認真分析引發(fā)諧波產(chǎn)生的因素，根據(jù)實際的電網(wǎng)情況及諧波情況，并同時考慮經(jīng)濟性，合理對諧波治理裝置進行選擇，以此提高供電的安全性、可靠性以及穩(wěn)定性，確保電網(wǎng)的長期穩(wěn)定運行。

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作者簡介：陳子輝（1976-），男，廣東江門人，廣東電網(wǎng)有限責任公司江門供電局高級工程師，研究方向：電力管理。

（責任編輯：蔣建華）