关于治理谐波污染提高电能质量的有效探讨

经济的快速发展与各种技术水平的提高都向电能质量提出了越来越高的要求，同时越来越多的人们也逐渐将关注的目光投向电力系统的环境污染。这就使得绿色电网的建设工作的地位获得了极大的提升，并让人们认识到了谐波的危害，对此，制定并实施相应的谐波污染治理措施，从而有效的保障电能质量具有十分重要的意义。

1 出现电力谐波污染的主要行业

通常情况下，谐波污染出现的行业包括：

1.1 冶金行业

这一行业所产生的谐波源一般是电弧炉，而这又通常用在轧钢的大型交直流传动设备中。电弧炉在运行过程中的电极始终为短路，这样一来会耗费很多无功功率，还会形成谐波电流，电弧炉所形成的谐波频谱并没有任何突出的规则，大部分为连续频谱；

1.2 交通、机械制造与电力等行业

上述行业的谐波源通常是电机的驱动系统或交流电动机的变频驱动系统，直流电动机的驱动系统通常会选用斩波器结构，同时还会在电网中注入相应的谐波电流；

1.3 化工行业

化工行业中的谐波源大都是电解槽；

1.4 办公与家庭

现今，不论是人们的日常工作还是生活都会大量使用到计算机以及其他电器设备，而谐波源则是以全桥或半桥整流电路为代表的谐波负载和用于照明的荧光灯。

2 谐波污染的危害和影响

电力谐波存在的危害与造成的影响主要表现在四方面：

（1）对供电系统的正常运行造成影响，供电系统的变压器与电力线路两大部分一般都会采取继电保护措施，能够为出现故障时的系统与设备自身的安全提供了保障。如果谐波的含量超过40%，那么电磁式电器与感应式继电器就会做出误动作。不仅如此，晶体管继电器所采用的整流取样电路同样也会受到受谐波的影响，出现拒动或误动。如此，就极大的影响到了供电系统的安全性与可靠稳定性。

（2）增加供电系统的附加损耗。谐波电流在供电线路上流动过程中常常会增加整个系统的损耗。三相系统中，三根相线上的奇次谐波电流在中性线上会直接相加，最终使得通过中性线的电流大于通过相线的电流。当中性线的截面偏小时，非常容易出现温度急剧升高，并破坏其绝缘性，严重者会出现安全事故。

（3）影响供电设备与用电设备的顺利运行。谐波过大之后很有可能导致额定工作点出现偏移的现象，最终使得设备功能上的应用受到影响，有时还会被损坏。

（4）降低电力测量与电能计量的准确度。畸变的波形往往会扩大测量误差，而调查资料显示，误差通常会高于50%。

3 治理谐波污染，提高电能质量的对策

现今，在治理谐波污染所导致的电能质量降低问题上，人们通常会采取两种措施。

（1）在电力电子装置上做一系列改造，从而保证其不会成为谐波源头。这种措施获得了良好的效果，如罗宾康公司生产的高压大容量完美无谐波变频器。

（2）安装谐波补偿设备。目前，不论是在国内还是国外，在谐波补偿设备的研究与使用方面都提出了多种不同的技术方案。其中，人们比较认可，而且使用范围也比较广的主要包括：无源滤波装置、有源滤波装置以及综合滤波装置。

3.1 无源滤波装置

无源滤波装置实际上就是无源器件所构成的谐波治理与无功补偿装置。这一装置通常是由不等数量的无源滤波器并联成的，而且所有的滤波器在少数的谐波频率周围会表现出低阻抗，同时还会吸收一定的谐波电流，以此来降低电网谐波电流，最终实现抑制谐波。无源电力滤波装置是现阶段应用范围最大的一种谐波治理与无功补偿装置，至今它经历了将近四十年的发展历程。尽管它具有一定的经济性，但是其不足也是比较突出的，主要表现在五方面。

（1）动态性能差。如果负载电流发生了动态变化，那么其谐波电流的抑制作用将会明显减弱。

（2）滤波装置非常容易出现和与电网系统阻抗并联谐振的现象，导致谐波扩大，并最终影响到滤波电容器的安全。

（3）补偿性能的强弱往往会受制于电力系统阻抗。

（4）因为电容器与电感的参数两者之间有着一定的误差，而且在工作中往往会随着温度的变化或电容器自身的绝缘老化而产生变化，而这都会使得滤波器实际谐振频率和设计出现偏差，不利于滤波作用的发挥。

（5）工作中系统频率往往会出现偏差，从而引起谐波频率的偏差，因此，滤波器的阻抗可能会距离极小值越来越远，最终造成滤波器抑制效果的减弱。

3.2 有源滤波装置

有源滤波装置是电子器件构成的谐波治理与无功补偿设备，它一般由电流源型逆变器或电压源型构成，与此同时，它是借助调整输出电压电流的波形来实现杜绝谐波电流的。就拿并联型有源滤波器来说，它和谐波负载并联，并借助调整输出电流的方式来保持和谐波负载谐波电流的一致，使得通过电网中的电流只为负载电流的基波部分，最终达到了谐波抑制效果。有源滤波装置是最早出现在二十世纪八十年代，其滤波作用不会受制于系统阻抗，因此滤波效果非常好。不仅如此，它还能抑制系统中的串联谐振与并联谐振。然而有源滤波装置同样也有不足，例如成本比较高，同时还无法由已有的无源滤波器改造获得等。

3.3 综合滤波装置

综合滤波装置实际上就是上述两种装置的结合体，它同时具备了两种装置的优点，并且还解决了谐波治理与无功补偿装置的不足。综合滤波装置的主电路结构通常选用无源滤波器和有源滤波器两者都成，在这种结构中，无源滤波器的作用就是主要滤波，同时还会补偿一部分无功。有源滤波器在这一结构中扮演的角色就是增强与优化无源滤波器的性能。不仅如此，无源滤波器还承受了所有的基波电压与大部分的谐波电压。有源滤波器仅需承受少量的谐波电压，也正是由此，有源滤波器的功率才能非常小。由上述可见，综合滤波装置能够应用在高压大功率场合。

3.4 静止同步补偿器（STATCOM）装置

随着电力电子技术的进一步发展，一种更为先进的静止型无功补偿装置出现了，这就是采用自换相变流电流的静止无功补偿装置，称为静止同步补偿器（STATCOM），如下图所示。STATCOM在电力系统中具有多种功能：它在高压和超高压系统中能大幅度提高有功输送能力，提高系统的静态、动态和暂态稳定性，加强功率振荡阻尼，稳定电压。

STATCOM由以下几部分组成：电压支撑电容，其作用是提供一个电压支撑；电压源逆变器，通过脉宽调制技术控制电力电子开关的通断，将电容器上的直流电压变换为具有一定频率和幅值的交流电压；耦合变压器或电抗器，一方面通过它将大功率变流装置与电力系统耦合在一起，另一方面还可以通过它将逆变器输出电压中的高次谐波滤除，使STATCOM的输出电压接近正弦波。

从根本上讲，STATCOM的基本功能就是从电网中吸收或者向电网中输送连续可调的无功功率，以维持接入点的电压恒定，并有利于电网的无功功率平衡，随着大功率电力电子器件的日趋发展，STATCOM在电力系统中的应用也越来越广泛如图所示。

4 总结

总而言之，社会建设的进一步深入与经济的快速发展都向电能质量提出了较高的要求，而且广大用户的用电意识也在逐渐增强。而谐波治理与电能质量之间有着直接的联系，因此，做好谐波污染的治理工作势在必行。不论是政府部门还是企业，都要对这一工作提起重视，并给予支持，从而保证我国的用电质量。