电力谐波的诊断与综合治理

发布于：2015-08-22 12:30:22 来自：电气工程/供配电技术 [复制转发]

摘要：电力谐波的存在使电力设备受损，供电质量下降，对广大用户也存在一定的危害，因而强化电力谐波的治理意义重大。本文分析了电力谐波的主要诊断对策，并就如何实施电力谐波的综合治理提出了一些对策。

1 电力谐波的诊断

模拟滤波和基于傅氏变换的频域分析法。模拟滤波器法诊断电力谐波有两种方式：一是通过滤波器滤除基波电流分量从而得到谐波电流分量，二是用带通滤波器得出基波分量，再与被检测电流相减后得到谐波电流分量。采用模拟滤波器对电力谐波进行诊断简便易行，但存在较大的误差，此外这种诊断方法不具备实时性，且容易受外界环境干扰。

基于傅氏变换的频域分析法是根据采集到的一个周期的电压值或电流值进行计算和分析，从而得到电流中所包含的谐波次数、幅值等信息，将有待消除的谐波分量通过傅里叶变换器获得所需的误差信号，再将所得的误差信号进行傅里叶反变换就得到了补偿信号。

基于小波变换的诊断法。基于小波变换的诊断法由于在时域和频域同时具有较好的局部化性质，克服了傅里叶分析法在非稳态信号分析方面的缺陷，更适用于对突变信号的分析。

由于小波分析能计算出某一特定时间的频率分布并把各种不同频率组成的频谱信号分解为不同频率的信号块，因此可以通过小波变换来较准确地求出基波电流，最终得到谐波分量。

基于神经网络的诊断方法。基于人工神经网络的谐波诊断法自面世以来便呈现迅速发展的状态，随着神经网络相关技术的不断发展与推广，神经网络诊断法在电力运行中所获得的经济效益也得到了逐渐提升，尤其是在优化电力调度、预测负荷、谐波诊断和谐波预测等方面显现出十分理想的性能。利用神经网络进行谐波的诊断主要是通过模型构建、样本选择、算法等手段，对谐波和无功电流进行检测，这种检测方法无论是对周期性的电流还是非周期性的电流都具有理想的跟踪诊断效果，同时对随机抗干扰也有着较强的识别能力。

与其他谐波诊断方法相比，基于神经网络的谐波诊断法具有更高的精确度和更为理想的诊断效果，此外，由于基于神经网络的检测方法具有更强的实时性，且抗干扰能力较强，因而应在今后的电力谐波诊断工作中得到进一步推广使用。

2 电力谐波的综合治理

优化电气设计。电力谐波的产生往往与电气设计不合理有着极大的关系，因而要从根本上解决电力谐波问题首先优化电气设计，避免电力谐波的发生。对此，在进行电气设计时需要采取避免谐波的技术对策，例如：增加整流器脉动数。整流器是电力供电网络中谐波的主要来源，其特征频谱为n=Kp±1，由该式可见，P增加时，n会随之增加，则谐波电流减少，相应的谐波也随之减少，可见增加整流器脉动数对减少谐波十分有效;推广应用PWM技术。PWM技术即脉宽调制技术，利用该技术减少谐波的原理是：

1)PWN能使谐波频谱增高从而降低谐波量，可以使得变流器的输人为正弦波;

2)在可控整流后面加接功率因数矫正(PFC)，同样可以达到控制输入电流为正弦的目的，同时PFC可以进行相位矫正，使得从电网侧看，负载可等效为线性负载;

3)三相整流变压器采用Y-d(Y/△)或者d-Y(Y/△)，以此消除3的倍数次的谐波;

4)除上述措施外，合理选用变压器、电力电缆和开关设备等设备和元件也是避免电力谐波的重要手段。

安装合适的滤波装置。目前较为常用的滤波装置包括以下几种：

1)L-C无源滤波器(PF)这种滤波装置较为常用，其原理是利用LC谐振对谐波电流实现抑制，当某一高次的谐波频率与谐振频率相同时，则可消除该次谐波，同样的，采用多个不同的谐振频率则可消除多个高次的谐波。L-C无源滤波器使用简单，维护方便，运行可靠，是我国目前使用最为普遍的滤波装置之一，这种滤波装置除了能够较好的吸收谐波，还能够显著改善负载功率因数。但与此同时，这种滤波器具有体积大、耗能高等缺点，还有可能对某些次的谐波有放大的作用;

2)源电力滤波器(APF)。这种滤波器能够通过动态无功补偿来抑制谐波，由于APF由静态功率变流器所组成，因而它具有变流器所拥有的快速响应性和可控性。由于该装置可向交流电网注入补偿电流，且注入电流的幅值与负载电流向电网注入的谐波电流大小相同相位相反，因而能够有效抵消谐波电流，相对于无源滤波器具有更高的滤波成效，缺点是这种滤波装置的使用成本较高;

3)混合滤波装置(HAPF)。混合滤波装置中设有大容量无源LC滤波器网路用以消除低次谐波，同时串联有源滤波器用以消除高次谐波，这样一来LC滤波网络所产生的消除谐波的作用降低了有源滤波器的而定典雅，一来确保了消除谐波的效果，二来节约了有源滤波器运行成本，同时减小了有源滤波器的体积。这使得混合滤波装置的初期投资与运行成本较小，滤波性能优良，因而具有十分广阔的发展前景。

合理选择接入点。大功率整流负载接入电网时，若接入点的短路电容较大，则其阻抗小，那么谐波电流所引起的谐波电压就相对较小，因而可通过增大供电变压器容量的方式来减小谐波，尤其是对于短路电容较大的专用供电线路以及高电压的电网。

强化供电管理。强化供电系统管理对于维护电网正常运行和减少电力谐波有着重要的意义，供电管理中应注意以下两个问题：

1)强化对管辖范围内电力供电网络的规划管理和技术监督，对于新架设的电网要强化对其谐波水平的审核，对于已经投入使用的供电网络应要求用户安装滤波设备;

2)加大执法力度，采取适当的经济约束手段，改变先污染后治理的现状，对电力电子设备技术水平进行严格审核，对其谐波含量进行测试检验，超过国家规定指标的设备不得投入电力供电系统使用。