馬智泉，查 蕾，胡 諄，李 培，徐群偉

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.杭州意能電力技術(shù)有限公司，杭州 310012）

0 引言

隨著浙江省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)，對(duì)電能質(zhì)量敏感的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、大型數(shù)據(jù)中心、高端裝備制造和精細(xì)化工等產(chǎn)業(yè)迅速興起，高端電力用戶對(duì)高品質(zhì)電能的要求和依賴性越來(lái)越高，提供潔凈、高標(biāo)準(zhǔn)的用電環(huán)境是電網(wǎng)公司新的使命與挑戰(zhàn)[1-2]。

用戶側(cè)的電力質(zhì)量需求提升，浙江省源-網(wǎng)-荷三側(cè)的諧波污染源總量卻在不斷攀升。東部沿海風(fēng)電基地建成后，電力電子發(fā)電設(shè)備比重迅速提升，大型海上風(fēng)電全功率變流、長(zhǎng)距離海底電纜等并網(wǎng)特性下不可避免地產(chǎn)生諧波問(wèn)題[3]。負(fù)荷側(cè)電力電子型負(fù)荷迅速增加，如工業(yè)企業(yè)推廣變頻器、電動(dòng)汽車充電站迅速推廣等，用電側(cè)諧波預(yù)防控制與治理的壓力日益增大，準(zhǔn)確的諧波污染源定位和責(zé)任劃分是開展諧波治理的重要前提[4]。電網(wǎng)側(cè)新建換流站工程眾多，新型柔性換流站實(shí)際運(yùn)行中遇到的諧波電能質(zhì)量問(wèn)題尚未得到充分研究。類似云南魯西工程“4.10”1.27 kHz高頻諧振[5]、渝鄂柔直背靠背1.8 kHz 高頻振蕩[6]等諧波/諧振問(wèn)題，在浙江多端柔性輸電工程中也曾有發(fā)生，并造成繼電器等設(shè)備損壞。新型電力電子工程的諧波問(wèn)題仍需要更深入的研究。

為更好地提供優(yōu)質(zhì)電力服務(wù)，保障浙江經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，開展了全省范圍內(nèi)諧波污染源調(diào)研和統(tǒng)計(jì)。根據(jù)產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)以及污染源性質(zhì)對(duì)諧波污染源進(jìn)行分類，收集諧波污染源的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)，分析諧波污染源現(xiàn)狀以及污染水平。結(jié)合浙江省主要典型的諧波異常和事故案例，簡(jiǎn)要分析電子化電網(wǎng)的諧波問(wèn)題，并根據(jù)實(shí)際工程條件提出技術(shù)解決措施。

1 浙江省諧波污染源普查與統(tǒng)計(jì)

1.1 諧波污染源調(diào)查分類與統(tǒng)計(jì)原則

諧波污染源調(diào)查參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類》（GB/T 4754—2017）[7]和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量現(xiàn)象分類》（NB/T 41004—2014）[8]，調(diào)研各個(gè)地區(qū)公司的諧波污染源分布情況。按照污染源所處行業(yè)、負(fù)荷性質(zhì)等分類，調(diào)查整流、變頻等工業(yè)企業(yè)，風(fēng)電光伏等新能源發(fā)電廠（站）以及直流換流站接入對(duì)電網(wǎng)造成的諧波污染影響，制定全省污染源臺(tái)帳。

為調(diào)查分析更加清晰方便，結(jié)合實(shí)際情況，將全省諧波污染源分為常規(guī)諧波用戶、新能源發(fā)電企業(yè)、交通行業(yè)和換流站等四大類，見表1。常規(guī)諧波用戶指使用了大型整流、變頻等非線性電氣設(shè)備的工商業(yè)電力用戶負(fù)荷，如軋鋼廠、化工廠等；新能源發(fā)電企業(yè)主要是指采用非同步發(fā)電機(jī)發(fā)電方式的企業(yè)，如光伏、風(fēng)電等；交通行業(yè)主要包含電氣化鐵路、城市軌道交通以及電動(dòng)汽車充換電站等；換流站包括高壓直流輸電換流站、柔性直流輸電換流站、城市配網(wǎng)柔性換流站等。

參照《電力系統(tǒng)電能質(zhì)量技術(shù)管理規(guī)定》（DL/T 1198—2013）[9]的要求。將符合表2 的諧波污染源納入調(diào)查統(tǒng)計(jì)范圍。

1.2 諧波污染源用戶整體調(diào)查結(jié)果

全省統(tǒng)計(jì)有諧波污染源用戶1 124 個(gè)（不含電網(wǎng)換流站），其中，常規(guī)諧波污染用戶625 個(gè)、新能源發(fā)電廠（站）371 個(gè)、交通行業(yè)用戶128 個(gè)。全省諧波污染源分布情況如圖1 所示。全省諧波污染源中，220 kV 電壓等級(jí)接入43 個(gè)、110 kV 電壓等級(jí)接入74 個(gè)、35 kV 電壓等級(jí)接入105 個(gè)、20 kV 電壓等級(jí)接入74 個(gè)，10 kV 電壓等級(jí)接入828 個(gè)，各地市的諧波污染按電壓等級(jí)分布如圖1 所示。其中：10 kV 電壓等級(jí)接入的諧波污染源數(shù)量最多，以常規(guī)諧波用戶居多；20 kV 電壓等級(jí)以光伏發(fā)電為主；35 kV 和110 kV 電壓等級(jí)以常規(guī)和新能源為主；220 kV 以電氣化鐵路牽引站為主。

表1 諧波污染源的統(tǒng)計(jì)分類

表2 諧波污染源的統(tǒng)計(jì)范圍

2 常規(guī)諧波污染源調(diào)查結(jié)果

2.1 常規(guī)諧波污染源整體統(tǒng)計(jì)

參考GB/T 4754 標(biāo)準(zhǔn)的行業(yè)分類，常規(guī)諧波污染源按行業(yè)分類見表3。浙江省共有常規(guī)諧波污染用戶625 個(gè)。按行業(yè)類型統(tǒng)計(jì)，共有冶金178個(gè)、機(jī)械198 個(gè)、紡織119 個(gè)、化工55 個(gè)、電子15 個(gè)、其他66 個(gè)，見圖2。

圖1 浙江省諧波污染用戶統(tǒng)計(jì)

表3 常規(guī)污染源的行業(yè)分類統(tǒng)計(jì)說(shuō)明

表4 參照DL/T 1198—2013 開展負(fù)荷性質(zhì)分類。為方便地市供電公司統(tǒng)計(jì)，對(duì)負(fù)荷性質(zhì)分類做一定的簡(jiǎn)化，負(fù)荷共分為電弧型、整流型、變頻型和沖擊型四大類，共有電弧型95 個(gè)、整流型87 個(gè)、變頻型399 個(gè)、沖擊負(fù)荷型44 個(gè)，全省常規(guī)諧波污染用戶負(fù)荷類型構(gòu)成見圖2。電弧型負(fù)荷為交流電弧爐負(fù)荷，暫未統(tǒng)計(jì)到直流電弧爐負(fù)荷；整流型負(fù)荷主要包括電除塵器等使用整流設(shè)備負(fù)荷；沖擊型負(fù)荷主要為交流電弧爐之外對(duì)電網(wǎng)同時(shí)造成諧波、電壓波動(dòng)的負(fù)荷，包括軋機(jī)、電焊機(jī)和門吊等。主要污染負(fù)荷類型以變頻型居多，占比為63.8%。電弧型、整流型、變頻型和沖擊型負(fù)荷的總?cè)萘糠謩e為648 MW，393 MW，937 MW 和184 MW，變頻負(fù)荷同為最大。

圖2 浙江省常規(guī)諧波污染統(tǒng)計(jì)

表4 常規(guī)諧波污染源的負(fù)荷性質(zhì)分類說(shuō)明

2.2 常規(guī)諧波污染源的諧波特性

浙江省各地市供電公司通過(guò)在線監(jiān)測(cè)或者現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等手段[10]，開展用戶電能質(zhì)量日常管理。2010—2019 年，累積省內(nèi)鋼鐵等多個(gè)行業(yè)的諧波測(cè)量數(shù)據(jù)。常規(guī)諧波污染源用戶電源進(jìn)線處現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的典型諧波特性見表5，測(cè)量發(fā)現(xiàn)多個(gè)行業(yè)的用戶諧波普遍超標(biāo)。典型諧波一般為5 次、7次、11 次等奇數(shù)次諧波，以5 次諧波最為普遍。冶煉企業(yè)如電弧煉鋼存在3 次諧波，并且其他各次諧波電流含有率較高[11]，因其負(fù)荷電壓等級(jí)高且容量大，對(duì)浙江電網(wǎng)電能質(zhì)量影響最大，且存在電網(wǎng)電容器等設(shè)備損壞的案例。影響其次為印染等紡織行業(yè)，其多以工業(yè)聚集區(qū)的形式并網(wǎng)，造成電網(wǎng)接入點(diǎn)重度諧波污染。

表5 常規(guī)諧波源的諧波電流實(shí)測(cè)特性 %

3 新能源調(diào)查結(jié)果

3.1 新能源整體統(tǒng)計(jì)

浙江省新能源廠（站）共計(jì)371 個(gè)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖3。調(diào)度口徑新能源裝機(jī)容量10 720 MW，風(fēng)電1 880 MW，光伏8 840 MW[12]。全省已建成以陸上風(fēng)電為主的28 個(gè)大中型風(fēng)電場(chǎng)，受氣象和地理?xiàng)l件等自然資源影響，未來(lái)省內(nèi)陸上風(fēng)電新建項(xiàng)目較少；海上風(fēng)電場(chǎng)已建成2 座，籌建和在建嘉興1 號(hào)，岱山1 號(hào)、2 號(hào)、4 號(hào)，嵊泗5 號(hào)、6 號(hào)等海上風(fēng)電場(chǎng)，未來(lái)海上風(fēng)電裝機(jī)容量將超過(guò)6 000 MW。光伏以嘉興地區(qū)數(shù)量最多，未來(lái)分布式光伏裝機(jī)將超過(guò)8 000 MW，約占全省電源容量的10%。

圖3 浙江省新能源場(chǎng)站統(tǒng)計(jì)

3.2 新能源的諧波特性

新能源并網(wǎng)通常采用雙饋風(fēng)機(jī)（陸上風(fēng)電），直驅(qū)風(fēng)機(jī)（海上風(fēng)電）和光伏逆變器，整體諧波水平良好，絕大多數(shù)工程均能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。海上風(fēng)電場(chǎng)通常采用長(zhǎng)距離海底電纜并網(wǎng)，電纜的容性效應(yīng)使得海上風(fēng)電場(chǎng)的諧波問(wèn)題比陸上風(fēng)電更突出[3-13]，浙江某海上風(fēng)電在低風(fēng)速工況下檢測(cè)到諧波電流超標(biāo)。新能源諧波特性諧波電流實(shí)測(cè)情況見表6。

4 交通行業(yè)用戶的調(diào)查結(jié)果

4.1 交通行業(yè)用戶整體統(tǒng)計(jì)

交通行業(yè)用戶包括電氣化鐵路、城市軌道交通、電動(dòng)汽車等。全交通行業(yè)用戶變電站128 個(gè)，其中，電氣化鐵路46 個(gè)、城市軌道交通8 個(gè)、電動(dòng)汽車74 個(gè)；采用220 kV 電壓等級(jí)接入的28個(gè)、110 kV 接入的11 個(gè)、10 kV 接入的81 個(gè)（如圖4）。電氣化鐵路接入電壓等級(jí)主要為220 kV，城市軌道交通主要為110 kV，電動(dòng)汽車充換電站主要為10 kV。

表6 新能源諧波特性諧波電流實(shí)測(cè)特性 %

圖4 浙江省交通行業(yè)用戶統(tǒng)計(jì)

4.2 電氣化鐵路牽引站統(tǒng)計(jì)

全省交通行業(yè)用戶中，對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量影響最大的是電氣化鐵路牽引站，牽引負(fù)荷為大功率、非正弦性、非對(duì)稱性、非連續(xù)性負(fù)荷。表7 和圖5 統(tǒng)計(jì)了已建成的電氣化鐵路工程。

按工程建設(shè)角度統(tǒng)計(jì)： 蕭甬、滬杭、浙贛和宣杭為既有鐵路電氣化改造，其余為新建工程。

按鐵路類型統(tǒng)計(jì)分成貨運(yùn)、客運(yùn)和客貨混跑。其中，客運(yùn)鐵路有3 個(gè)速度等級(jí)： 350 km/h 高鐵（滬杭高鐵等）、250 km/h 動(dòng)車（甬臺(tái)溫等）、160 km/h 市域鐵路（溫州市域鐵路等）。

按供電角度統(tǒng)計(jì)： 大部分牽引站（250 km/h 及以上設(shè)計(jì)時(shí)速）以220 kV 接入；220 kV 等級(jí)供電的牽引變除杭甬高鐵涌潮牽引站外，均采用VX接線，涌潮牽引站國(guó)內(nèi)首個(gè)試點(diǎn)采用220 kV 平衡變接線；110 kV 等級(jí)供電牽引站接線有單相、VX 和平衡變，新建工程一般采用平衡變。

表7 浙江省已建成的電氣化鐵路工程

圖5 浙江省電氣化鐵路牽引站統(tǒng)計(jì)

除已建成13 條鐵路的46 座牽引站外，浙江省內(nèi)在建和擬建工程有杭紹臺(tái)（5 座）、衢寧（4座）、商合杭（1 座）、金臺(tái)（4 座）、甬金（4 座）、穿山港（1 座）、籌備湖蘇滬、杭臨績(jī)、甬舟、蘇嘉、滬乍杭、杭衢、衢麗、金建。預(yù)計(jì)全部投產(chǎn)后，全省電氣化鐵路牽引站將超過(guò)70 個(gè)。

4.3 城市軌道交通和電動(dòng)汽車統(tǒng)計(jì)

城市軌道交通主要包括杭州和寧波地鐵。浙江省軌道交通發(fā)展相對(duì)北上廣等城市滯后，但隨著地鐵建設(shè)項(xiàng)目推進(jìn)，軌道交通用戶專用變壓器的數(shù)量將迅速增加。

電動(dòng)汽車主要包括電動(dòng)汽車充換電站。為保護(hù)環(huán)境，浙江省內(nèi)逐步將石化燃料改公交為純電動(dòng)公交，如杭州市公交集團(tuán)已建成13 個(gè)電動(dòng)公交集中充電場(chǎng)，運(yùn)行純電動(dòng)客車2 312 輛，占全市4 974 輛公交車總量的46.48%，其中比亞迪純電動(dòng)客車1 820 輛，占純電動(dòng)汽車比重為78.72%。

4.4 交通行業(yè)用戶的諧波特性

交通行業(yè)用戶諧波負(fù)荷見表8，測(cè)量特性見表9。電氣化鐵路的主要諧波源為電力機(jī)車，交直交型與交直型機(jī)車的諧波特性差異較大,和諧號(hào)機(jī)車為主的客運(yùn)專線諧波水平較韶山系列機(jī)車仍然服役的貨運(yùn)鐵路明顯改善。城市軌道交通諧波源除了地鐵24 脈動(dòng)整流器之外，還需要考慮地鐵的中央空調(diào)負(fù)荷。電動(dòng)汽車充電站的諧波特性取決于充電樁的整流工作原理。PWM 整流相對(duì)于6 脈動(dòng)/12 脈動(dòng)整流，其諧波水平明顯改善，且交流側(cè)功率因數(shù)更高，現(xiàn)已在杭州市公交充電站普及應(yīng)用。

表8 交通行業(yè)用戶的諧波污染負(fù)荷

表9 交通行業(yè)用戶的諧波電流測(cè)量特性 %

5 電網(wǎng)換流站的調(diào)查結(jié)果

5.1 浙江省換流站工程統(tǒng)計(jì)

常規(guī)、新能源和交通業(yè)諧波源為電網(wǎng)外部諧波源、電網(wǎng)內(nèi)部裝設(shè)大容量換流設(shè)施的直流換流站等。目前全省已建成的換流站10 座，種類主要有LCC（換相換流器）和MMC（模塊化多電平換流器），統(tǒng)計(jì)情況見表10。

浙江省內(nèi)已建成高壓直流輸電換流站主要有金華和紹興2 座直流特高壓換流站，其LCC 換流器均采用晶閘管換相的雙極雙十二脈動(dòng)結(jié)構(gòu)。在建工程有溪洛渡-浙江第三直流特高壓工程，預(yù)計(jì)建成后接入浙北電網(wǎng)。

表10 浙江省已建成的換流站

基于MMC 技術(shù)的柔性直流輸電技術(shù)供電具備控制靈活的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在浙江省內(nèi)海島電網(wǎng)和城市多端電網(wǎng)得到推廣應(yīng)用，建成舟山五端柔性直流輸電和大江東直流配電網(wǎng)等工程。在建有海寧城市能源互聯(lián)網(wǎng)工程。

5.2 換流站的諧波特性

高壓直流輸電換流器諧波特性為十二脈動(dòng)整流器的特性，整個(gè)換流站諧波特性還需考慮濾波器等無(wú)功設(shè)備，見本文6.3 節(jié)。柔性換流站的電平數(shù)較多，換流器端口的諧波電壓畸變小，其應(yīng)以諧波電壓源的形式表示表征諧波特性。舟山多端柔性輸電換流站投運(yùn)后測(cè)試結(jié)果表明，若電網(wǎng)背景諧波畸變較大，柔性換流站亦會(huì)流經(jīng)較大諧波電流。受背景諧波水平差異影響，舟山工程的5 個(gè)換流站即使設(shè)計(jì)相同，其諧波電流水平也不盡相同。換流站典型特性見表11。

表11 換流站的諧波電流測(cè)量特性 %

6 浙江省的典型諧波污染案例

截至2019 年底，浙江省110 kV 及以上電壓等級(jí)變電站（含換流站）共1 808 座，其中已裝設(shè)電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)變電站493 座，占比27.3%。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，共有72 座變電站存在諧波電壓超標(biāo)，監(jiān)測(cè)超標(biāo)變電站比率約14.6%。絕大多數(shù)諧波超標(biāo)變電站為5 次諧波超標(biāo)，少部分為7次、11 次諧波超標(biāo)。

2010—2019 年，諧波問(wèn)題導(dǎo)致的電網(wǎng)/設(shè)備異常事件統(tǒng)計(jì)見表12。因諧波超標(biāo)造成電容器振動(dòng)、跳閘或損壞是電網(wǎng)運(yùn)行中最常見的電能質(zhì)量問(wèn)題，除電容器異常外，諧波干擾正常生產(chǎn)或者設(shè)備損壞的惡性事件也偶有發(fā)生。

表12 諧波污染導(dǎo)致的異常事件統(tǒng)計(jì)

本文6.1 節(jié)的案例，工業(yè)聚集區(qū)諧波污染導(dǎo)致電網(wǎng)電容器振動(dòng)和損壞。除無(wú)功設(shè)備異常外，諧波傳導(dǎo)可導(dǎo)致設(shè)備的異常退出，如本文6.2 節(jié)案例，鋼鐵廠電弧爐諧波通過(guò)公用電網(wǎng)傳導(dǎo)，干擾了風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

隨著輸/配電網(wǎng)電力電子化，新型諧波問(wèn)題日益突出，諧波影響范圍從小區(qū)域電網(wǎng)擴(kuò)展到浙江全網(wǎng)，如本文6.3 節(jié)，特高壓換流站特定組數(shù)雙調(diào)諧濾波器運(yùn)行造成超高壓電網(wǎng)5 次諧波超標(biāo)；電網(wǎng)運(yùn)行中出現(xiàn)高頻/超高頻諧波異常，如6.4 節(jié)柔性配電網(wǎng)孤島試驗(yàn)過(guò)程中的超高次諧波水平激增的問(wèn)題。

6.1 工業(yè)聚集區(qū)的諧波污染及治理

如圖6 所示，紹興某工業(yè)集聚區(qū)遍布多家中小容量印染工業(yè)用戶，用戶協(xié)議容量一般在2.5～10 MW，通過(guò)10 kV 線路接入110 kV 變電站。印染用戶廣泛采用電除塵器和變頻器，諧波污染較大，2014 年的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)印染用電企業(yè)的5次、7 次諧波電流嚴(yán)重超標(biāo)，單個(gè)用戶諧波電流總含有率超過(guò)15%。

圖6 工業(yè)聚集區(qū)的重度諧波污染

單個(gè)印染用戶的諧波超標(biāo)對(duì)電網(wǎng)的影響相對(duì)有限，然而工業(yè)區(qū)的用戶負(fù)荷性質(zhì)基本相同，在多個(gè)用戶的諧波電流共同作用下，產(chǎn)生“聚沙成塔”的效應(yīng)，極端工況下導(dǎo)致110 kV 變電站的10 kV母線電壓諧波總畸變率嚴(yán)重超標(biāo)（高達(dá)12%，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值4%）。變電站電容器因諧波產(chǎn)生振動(dòng)和過(guò)熱而無(wú)法正常運(yùn)行，其中1 臺(tái)電容器的串聯(lián)電抗器因劇烈振動(dòng)產(chǎn)生裂紋。無(wú)功設(shè)備無(wú)法投運(yùn)導(dǎo)致2 臺(tái)50 MW 主變壓器有功功率送出能力總共降低了10 MW。

為解決工業(yè)聚集區(qū)的重度諧波污染問(wèn)題，紹興供電公司從電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)同步開展諧波治理。電網(wǎng)側(cè)對(duì)變電站電容器組的串聯(lián)電抗器進(jìn)行定制化改造，采用等效磁密原理設(shè)計(jì)抗諧波鐵芯電抗器[14]，提升了設(shè)備的諧波耐受程度；用戶側(cè)治理在用戶配電房增加APF（有源電力濾波器），從源頭減少印染企業(yè)的諧波電流。經(jīng)治理后，變電站電壓諧波總畸變率由12%降至3.6%，功率因數(shù)由0.92 提高至0.94，電能質(zhì)量改善效果明顯。

6.2 鋼鐵企業(yè)諧波對(duì)新能源的干擾

麗水某風(fēng)電場(chǎng)與大型鋼鐵廠接入電網(wǎng)同一段110 kV 母線。風(fēng)機(jī)為DFIG（雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)），風(fēng)機(jī)變流器的690 V 轉(zhuǎn)子側(cè)裝設(shè)LC 型濾波器。周邊的鋼鐵廠利用夜間谷電生產(chǎn)，大型電弧爐的23 次諧波通過(guò)互聯(lián)電網(wǎng)惡化了風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的諧波電壓畸變水平，造成風(fēng)機(jī)濾波電容C1 諧波電流超限，風(fēng)機(jī)安全鏈由此發(fā)出退出運(yùn)行命令，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)夜間運(yùn)行經(jīng)常批量脫網(wǎng)。系統(tǒng)示意見圖7，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試波形見圖8。

圖7 麗水某風(fēng)電場(chǎng)電氣接線示意

圖8 風(fēng)機(jī)690 V 轉(zhuǎn)子側(cè)電壓的錄波

6.3 換流站濾波器放大背景諧波

金華、紹興換流站的雙十二脈動(dòng)換流器特征諧波為11 次、13 次、23 次、25 次，配置濾波器為HP12/24 雙調(diào)諧濾波器。濾波器設(shè)置2 個(gè)調(diào)諧點(diǎn)的用途是濾除換流器特征諧波。500 kV 電壓等級(jí)除換流站外，不再單獨(dú)設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置。HP12/24 為大容量無(wú)源器件，單個(gè)換流站配置容量超過(guò)3 500 Mvar。根據(jù)HP12/24 電路特性，其在5 次等低頻段呈容性，投入會(huì)改變整個(gè)電網(wǎng)低頻段諧波阻抗，部分工況下可能造成背景諧波放大[15]?？紤]電網(wǎng)背景諧波、換流器和濾波器的諧波網(wǎng)絡(luò)分析模型見圖9?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可以驗(yàn)證不同濾波器組數(shù)下的500 kV 母線諧波電壓水平，見圖10。

圖9 含換流站濾波器的背景諧波分析

圖10 紹興換流站諧波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

文獻(xiàn)[16]介紹2018 年紹興特高壓換流站檢修期間的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試案例中，不同濾波器運(yùn)行組數(shù)情況下?lián)Q流站500 kV 母線諧波電壓的測(cè)量結(jié)果差別較大，濾波器全停情況下電網(wǎng)5 次背景諧波僅有約1.4%的水平。部分組數(shù)情況下諧波電壓測(cè)量結(jié)果超標(biāo)，其中投入6 組雙調(diào)諧濾波器時(shí)，電網(wǎng)背景諧波放大情況最嚴(yán)重，5 次諧波電壓飆升達(dá)4.5%，并導(dǎo)致周邊500 kV 電網(wǎng)的5 次諧波指標(biāo)大面積超標(biāo)。

6.4 柔性配電網(wǎng)的高頻諧波傳導(dǎo)放大

近年來(lái)，MMC 被應(yīng)用于省內(nèi)大江東、海寧等柔性配電網(wǎng)示范工程。換流器采用NLM（最近電平調(diào)制策略），使換流器端口諧波電壓含量保持在較低水平，從理論分析以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，通?？烧J(rèn)為單次諧波不超過(guò)1.2%。

另一方面MMC 是富含多種高頻諧波分量的寬頻域變流器，高頻分量指標(biāo)雖不高但是覆蓋頻率范圍大。換流器通常采用電纜并入城市配電網(wǎng)，如果考慮長(zhǎng)距離電纜分布電容的影響，可能導(dǎo)致城市配電網(wǎng)2～150 kHz 的超高次諧波[17-18]傳導(dǎo)放大。

MMC-長(zhǎng)電纜-電網(wǎng)的小系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型見圖11。無(wú)源孤島等弱電網(wǎng)運(yùn)行條件下小系統(tǒng)存在高頻諧振點(diǎn)。高頻諧振點(diǎn)主要與電纜分布電容，換流器的橋臂電抗器參數(shù)有關(guān)。

圖11 柔性配電網(wǎng)的諧波電路

文獻(xiàn)[19]于2018 年測(cè)量了江東柔性配電網(wǎng)高頻諧波畸變水平，測(cè)試波形見圖12。正常運(yùn)行情況下示范工程的電能質(zhì)量水平較好。柔性配電網(wǎng)切換到孤島模式后，系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)長(zhǎng)征變電站10 kV 母線網(wǎng)側(cè)電源斷開，直接由換流器供電，此時(shí)10 kV 母線47 次諧波電壓含量驟然升高達(dá)7.61%，遠(yuǎn)超變流器端口0.82%的水平?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試說(shuō)明，如果使用孤島運(yùn)行模式，需要技術(shù)上避免電網(wǎng)側(cè)的高壓電纜頭位置產(chǎn)生高頻諧振。后續(xù)工程改造可考慮電網(wǎng)側(cè)增設(shè)阻波高通濾波器[20]濾除高頻諧波。

7 結(jié)語(yǔ)

本文參照國(guó)家以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)了浙江電網(wǎng)的諧波污染源。

圖12 孤島方式，柔性配電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試波形

（1）浙江經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，諧波污染源存量和新增數(shù)量較大。諧波問(wèn)題導(dǎo)致浙江電網(wǎng)數(shù)次發(fā)生異?；蚴鹿剩枰⒔∪C波污染源入網(wǎng)-監(jiān)測(cè)-治理的閉環(huán)管理，力求在工程前期階段同步開展規(guī)劃-設(shè)計(jì)-治理。

（2）諧波問(wèn)題的復(fù)雜性增加，傳統(tǒng)諧波問(wèn)題體現(xiàn)為諧波用戶污染電網(wǎng)并網(wǎng)點(diǎn)周邊。但浙江電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，受設(shè)計(jì)選型或者參數(shù)匹配等影響，諧波存在復(fù)雜的放大機(jī)制，可能由小問(wèn)題發(fā)展為電網(wǎng)全局問(wèn)題；或者遠(yuǎn)距離傳播，受影響的變電站或者母線用戶距離污染源地理距離遠(yuǎn)。

（3）新型的諧波問(wèn)題逐步體現(xiàn)，隨著電力電子新技術(shù)的發(fā)展，超高次諧波、間諧波等新型諧波問(wèn)題在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)，需要進(jìn)一步理論分析，并優(yōu)化工程的設(shè)計(jì)。