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城市电网谐波治理问题的探讨
摘要：随着工业化进程的加快，城市自动化程度越来越高，大功率电子整流装置、非线性设备以及自动化家用电器被大量使用, 使城市的电网受谐波的污染程度日益增加。本文主要阐述了城市电网中谐波所带来的影响, 介绍了几种谐波检测方法, 以及对谐波治理一些措施。
关键词：城市电网；谐波治理；谐波检测；滤波器；
1 引言
经济发展经济在早期的电网中，电力传输线路中谐波含量并不高，可以忽略不计，但是随着科技的进步，现代电网中谐波的含量比例越来越高。电网谐波主要来自于3个方面：一是发电源质量不高产生谐波；二是输配电系统产生谐波；三是用电设备产生的谐波。其中用电设备产生的谐波最多。下面介绍一下谐波的主要危害。
2.1 对电力设备的危害
增加旋转电机的损耗谐波电压或电流会在电机的定子绕组、转子回路以及定子和转子铁芯中引起附加损耗。由于涡流和集肤效应的关系，定子和转子导体内的这些附加损耗要比直流电阻引起的损耗大。受端治理措施
2.3增加输电线的损耗，缩短输电线寿命
谐波电流一方面在输电线路上产生谐波压降，另一方面增加了输电线路上的电流有效值，从而引起附加输电损耗。
2.5造成继电保护、自动装置工作紊乱
谐波能够改变保护继电器的动作特性，当有谐波畸变时，依靠采样数据或过零工作的数字继电器容易产生误差。谐波对过电流、欠电压、距离、周波等继电器均会起拒动和误动的影响，保护装置失灵和动作不稳定。零序三次谐波电流过大，可能引起接地保护误动作。
3 谐波检测方法
伴随着交流电力系统发展的全过程，诞生了频域理论和时域理论，形成了多种谐波检测方法，如模拟滤波器、瞬时无功功率理论、傅里叶变换、小波变换等。
3.1 基于Fourier变换的FFT法
它是目前电网信号检测的主要方法，具有计算速度快、检测精度高等特点。局限是检测各次谐波含量的分辨率不变，而且会产生频谱混叠、频谱泄漏和栅栏效应。目前，在电力系统中稳态谐波检测中大多采用及其改进算法。
3.2 基于瞬时无功功率的谐波测量技术
1984年，日本学者等人提出瞬时无功功率理论，它适用于三相电压正弦对称情况下的三相电路高次谐波和基波无功电流的检测。根据此理论可以得到瞬时有功功率和瞬时无功功率，将其分解为交流和直流，其交流部分对应于谐波电流，由此可以计算谐波分量。该方法具有很好的实时性，但硬件多，花费大。
3.3 小波变换谐波分析方法
小波分析理论的出现为电力系统谐波分析的发展开辟了一条新的途径。在有源滤波器的检测电路中，所检测的只是除基波的所有谐波含量而不给出各次谐波的大小，但是实时性要求很高，而变换则可以给出各次谐波含量，但实时性较差。小波变换能将各种交织在一起的不同频率组成的混合信号分解成不同频率的块信号。
4 谐波治理方法
对谐波治理应采取综合治理方法。这包括科学管理，法律措施，同时也应有必要的技术保证。可以说技术措施与方法是治理电力谐波的基础性工作。从技术角度上看，谐波治理可以从以下几个方面考虑：一是从受电端出发，采取治理措施；二是从改善谐波源特性出发，使其尽可能不产生或少产生谐波；三是从补偿思想出发，在产生谐波后，采取补偿或滤波方法补偿掉或滤波掉谐波，使谐波尽可能少地对电网和用户造成危害。3.1
（1）改善供电环境，选择合理的的供电方式：一般当电网短路容量大于谐波源供电变压器容量20倍时，其产生的高次谐波对系统就不会有危险的影响，产生的谐波电压、谐波电流也在规定值以下。
（2）避免电容器对谐波放大。抑制电容器对谐波放大的方法有：改变电容器的安装位置，安装点与电源间的感抗就不同，所引发谐波的频率也不同。
（3）减少发电机谐波电动势畸变率。对于作为电力系统电源的同步发电机，提供符合标准的正弦波形电能质量是对它的基本要求。
（4）变压器采取措施，抑制谐波产生。变压器绕组如有一侧接成三角形，可以有效消除三次及其倍数次谐波，及时停运空载变压器，选用有载调压变压器，可以及时调整变压器母线电压，使变压器不至于过激磁，从而减少谐波产生。
（5）提高设备抗谐波干扰能力，使其在谐波一定限度环境中能够正常工作，研制新型抗谐波设备。
（6）改善谐波保护性能。对谐波敏感设备采用灵敏的谐波保护装置，这能够保证在谐波超标情况下，设备不至于损坏，但不能保障设备的正常工作。3.2 改善谐波源特性
改善非线性负载的特性，对电网中谐波的产生有很大的影响，当用传统电力电子装置作可控整流时，会在电网中引起大量谐波。对单相整流可采用功率因数校正电路，只要控制合适，就可以使交流侧电流为正弦波，从而有效地抑制非线性负载对电源的干预。对三相大功率整流，可采用三相高频PWM整流，同样可以使交流电源电流为畸变很小的正弦电流。
采用改善非线性负载特性的方法消除负载对电源的谐波干预，是一种积极主动、同时也是较为经济的谐波抑制方法，应加强研究、推广和应用工作。同时，随着电力电子装置、器件成本的下降，这种方法的推广和应用也更容易实现。3.3 采用滤波器滤波
用滤波器滤去电网中的谐波是一种通用的方法，它可以适用于所有类型的谐波源，有关这方面的研究很多。目前所用的滤波器有两种：一种是传统的无源电力滤波器（PPF）；另一种是新兴的有源电力滤波器（APF）。
无源电力滤波器是由电容、电感串并联的谐波特性，使该谐振电路对某种谐波呈低阻抗或高阻抗。在谐波源处加装无源电力滤波器仍然是一种常用的谐波治理方法。
有源电力滤波器是电力电子技术用于谐波治理领域的一种新型装置有源电力滤波器分为两种类型，即串联型APF和并联型APF。目前实际应用的装置中，基本都采用电压逆变型并联APF。串联型APF主要还处于研究阶段。
有源电力滤波器响应速度快，补偿效果好，可以作为仅补偿谐波电流，容量可相应较小。由于它对电网参数没有影响，不存在谐振的危险，使用较灵活，因此是一种很有发展前景的谐波补偿装置。
5 结束语
随着我国电能质量治理工作的深入开展电力企业不得不考虑电网无功功率补偿的同时进行动态谐波治理, 电力电子设备制造企业也不得不在生产非线性元件的同时考虑采取有力的抑制谐波的措施。当然, 还需大力发展谐波检测技术, 根据电网谐波的情况再考虑抑制谐波的措施, 这样可以达到事半功倍的效果。
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