電力諧波對(duì)電網(wǎng)的危害

      電力諧波對(duì)電網(wǎng)的危害有多大？

      1）系統(tǒng)角度，諧波會(huì)導(dǎo)致一些不正?，F(xiàn)象：一是超高壓長線上，諧波電流若較大，潛供電弧熄滅會(huì)被延緩，單相重合閘可能會(huì)失敗，擴(kuò)大事故，消弧線圈接地的系統(tǒng)中同樣存在這個(gè)問題；二是諧波分量較大的時(shí)候，可能引起保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)，如零序三次諧波過大，可能引起接地保護(hù)誤動(dòng)；三是計(jì)量和測量誤差，尤其對(duì)過零檢測相位的表計(jì)來說，更為嚴(yán)重。

      （下圖為三次諧波導(dǎo)致零線過熱）

2）諧波引起設(shè)備的附加損耗，降低效率。尤其是對(duì)電容器組的影響，隨著頻率的提高，其介質(zhì)損耗會(huì)明顯增加；對(duì)輸電線路來說，由于諧波頻率高和趨膚效應(yīng)的原因，線路電阻會(huì)增加，因而引起附件線損；同時(shí)變壓器和電機(jī)等，都會(huì)引起一定附加的銅耗和鐵損，產(chǎn)生局部過熱。

3）加速絕緣老化，很大縮短設(shè)備壽命。諧波作用下，絕緣老化物理過程明顯加劇，對(duì)電纜，電容器等危害很大。

4）可能產(chǎn)生局部的串聯(lián)或并聯(lián)諧振，并放大諧波水平。從而導(dǎo)致諧波支路中的設(shè)備因過電壓或過電流而損壞。（下圖為一簡單LC并聯(lián)諧振示意圖）

5）諧波對(duì)通信系統(tǒng)的干擾。若諧波頻率接近載波頻率，電力線載波通信和遠(yuǎn)動(dòng)裝置信號(hào)傳輸會(huì)被一定程度干擾，此外通過電磁、靜電和耦合途徑，也會(huì)對(duì)平行敷設(shè)的通信線路產(chǎn)生干擾。

至于措施，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，可以采取以下：

1）增大電網(wǎng)公共接點(diǎn)（PCC）處的短路容量，降低系統(tǒng)諧波阻抗。
這是系統(tǒng)接入角度所要考慮的問題，而且是基礎(chǔ)且重要的。（并不是有些答友說的不具操作性，答這種問題最好不要僅站在設(shè)備角度回答）

比如，靠近發(fā)電廠處短路容量大，即基波和諧波短路阻抗小，同樣電壓等級(jí)允許的諧波電流就大。也就是說注入電網(wǎng)相同的諧波電流時(shí)，此諧波電流在較小的諧波阻抗上、產(chǎn)生的諧波電壓比較小。如浙江衙州化工廠裝有許多甚大的非線性負(fù)荷，但該廠擁有較大機(jī)組的自備電廠，系統(tǒng)短路容量較大，結(jié)果諧波電壓并不高，均未超標(biāo);反之如臨海電化廠僅有2000kW的非線性負(fù)荷，但該廠處在電網(wǎng)末端，諧波阻抗較大，諧波電壓竟超標(biāo)許多。

再比如，一般較高電壓等級(jí)母線的短路容量比較低電壓等級(jí)大，具有承擔(dān)較大諧波的能力。有時(shí)一臺(tái)3噸電弧爐若從l0kV母線供電，諧波電流往往超標(biāo)，若改用35kV母線供電，諧波電流可能合格，故必要時(shí)應(yīng)適當(dāng)升高諧波源用戶供電的電壓等級(jí)。

所以一般的做法是盡量將諧波源用戶的諧波源及非諧波源用電設(shè)備分配到不同的供電母線上，以減少諧波對(duì)本廠電氣設(shè)備的影響。

2）采用交流濾波器和有源濾波器，補(bǔ)償諧波電流。
這是目前普遍采用的做法。在諧波源設(shè)備已確定的情況下，對(duì)用戶側(cè)進(jìn)行諧波治理通常采取接入無源濾波器或有源濾波器。這是目前電力系統(tǒng)使用最廣泛的抑制諧波方法。

加裝無源濾波器。
無源濾波器安裝在電力電子設(shè)備的交流側(cè)，由L、C、R元件構(gòu)成無源網(wǎng)絡(luò)，吸收負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流。具有成本低、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

低成本的無源濾波器是至今為止使用最為廣泛的補(bǔ)償裝置，其主要缺點(diǎn)是補(bǔ)償特性受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)影響，易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，致使諧波放大使無源濾波器過載甚至燒毀。此外，它只能消除特定次諧波，整個(gè)裝置占地面積大，所以濾波研究方向逐步轉(zhuǎn)向有源濾波器。

加裝有源濾波器，APF(ACactivePowerFilter)。

APF能對(duì)幅值和頻率都變化的諧波及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償。利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流。

與無源濾波器相比，APF具有高度可控性和快速響應(yīng)性，能補(bǔ)償各次諧波，可抑制閃變、補(bǔ)償無功，有一機(jī)多能的特點(diǎn);在性價(jià)比上較為合理;濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn);具有自適應(yīng)功能，可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償變化著的諧波。

還有就是裝設(shè)靜止無功補(bǔ)償裝置。

在網(wǎng)側(cè)投入無功補(bǔ)償裝置是用來補(bǔ)償由諧波造成的無功功率，從而提高功率因數(shù)。另外，無功補(bǔ)償裝置中通過電感和電容的合理設(shè)置，可在某次頻率點(diǎn)產(chǎn)生諧振，即可對(duì)該頻率的諧波實(shí)現(xiàn)濾波。可有效減少波動(dòng)的諧波量。

動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償目前算是比較好點(diǎn)的設(shè)備。比如SVG產(chǎn)生指定的諧波來補(bǔ)償負(fù)荷中的電流諧波，實(shí)現(xiàn)諧波補(bǔ)償?shù)哪康?，?dāng)然這個(gè)功能是次要的的，主要還是無功補(bǔ)償。

3）增加換流裝置的脈波數(shù)，減少諧波電流發(fā)生。

降低諧波源的諧波含量也就是在諧波源上采取措施，最大限度地避免諧波的產(chǎn)生。這種方法比較積極，能夠提高電網(wǎng)質(zhì)量。

比如增加換流裝置的脈動(dòng)數(shù)，換流裝置是主要諧波源之一，產(chǎn)生的諧波主要集中在特征諧波，特征頻譜為:n=kp士1，則可知脈動(dòng)數(shù)p增加，n也相應(yīng)增大，而工n、工l/n，故諧波電流將減少。
再比如利用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)，PWM技術(shù)，就是在所需的頻率周期內(nèi)，通過半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通和關(guān)斷把直流電壓調(diào)制成等幅不等寬的系列交流電壓脈沖，可達(dá)到抑制諧波的目的。若要消除某次特定諧波，可在控制PWM輸出波形的各個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)刻，保證四分之一波形的對(duì)稱性，根據(jù)輸出波形的傅里葉級(jí)數(shù)展開式，使需要消除的諧波幅值為零，基波幅值為給定量。

還有采用多電平變流技術(shù)，也稱整流電路的多重化，即將多個(gè)方波疊加，以消除次數(shù)較低的諧波，從而得到接近正弦波的階梯波。重?cái)?shù)越多，波形越接近正弦波，但其電路也越復(fù)雜，因此該方法一般只用于大容量場合。該方法不僅可以減少交流輸入電流的諧波，同時(shí)也可以減少直流輸出電壓中的諧波幅值。如果把上述方法與PWM技術(shù)配合使用，則會(huì)產(chǎn)生很好的諧波抑制效果。

這些屬于主動(dòng)型諧波抑制方案，主要問題在于成本高、效率低。有時(shí)，電力電子系統(tǒng)中很高的開關(guān)頻率使PWM載波信號(hào)產(chǎn)生高次諧波，因此在設(shè)計(jì)主動(dòng)型諧波抑制方案時(shí)，必須用EMI濾波器將高次諧波信號(hào)從系統(tǒng)中濾除。

4）在設(shè)計(jì)中規(guī)避并聯(lián)電容和系統(tǒng)感抗的諧振問題。

基本的技能點(diǎn)要點(diǎn)上，不然哪天因?yàn)檫@變電站里什么東西爆了，你就等著吧。（記得算過一次，某樞紐站的CT爆了，懷疑是因?yàn)橹C振，當(dāng)然最后算了不是）

5）高壓直流輸電線路上串聯(lián)高頻阻塞裝置，阻塞高次諧波的傳播。

在HVDC里用的比較多。

濾波方法分為疏導(dǎo)法和阻塞法，疏導(dǎo)法如串聯(lián)調(diào)諧濾波器與主電路并聯(lián)，阻塞法如平波電抗器與主電路串聯(lián)，考慮經(jīng)濟(jì)和濾波效果，交流側(cè)主要用交流濾波器，直流側(cè)用平波電抗器和直流濾波器。