孙 奕
（国网浙江温岭市供电有限公司，浙江 台州 317500）
摘要：供配电系统中的谐波无法避免，只能提供有效的治理措施，以降低其危害。鉴于此，本文论述了供配电系统中谐波的产生，并基于供配电系统中谐波对电容的影响，提出了电容补偿的有效措施，包括支路补偿措施和串联补偿措施等，以此来有效扼杀供配电系统内谐波的危害。
关键词：供配电系统；谐波电流；电容补偿；影响；措施
由于人口和工业用途的增加，对电力的需求将日益增加。这极大地增加了对电力公用事业的需求，常规资源不足以平衡需求和供应比率。不仅如此，非线性且本质上不平衡的电力电子设备的大量使用，已影响配电网络中的电能质量。它们不仅会在电力系统中造成严重的谐波污染，还会使电网系统退化。随着电源中谐波的影响和负载的增加，系统的电能质量会降低。鉴于此，本文通过分析供配电系统内谐波对电容补偿的影响，旨在提出供配电系统内电容补偿的改进措施，以期为供配电系统从业人员的研究和实践做出贡献。
1 供配电系统内谐波来源与分类
1.1 谐波来源
通过查阅资料、总结现场经验，总结出在供配电系统中谐波来源主要是以下6个方面：（1）大大小小的整流设备、逆变设备、交流调压设备和变频设备。（2）电网中的变压器。（3）较大的单相电力电子装置。（4）工业用电弧炉。（5）可控电抗器和饱和电抗器。（6）敏感电子器件等高新技术产品中的元件。
从全球范围来看，电动机占工业部门电力消耗的三分之二以上，也占商业建筑所有电力消耗的近50％。由此产生的谐波电流，再加上高需求负载和沉重的插头负载，会消耗变压器和设计的载流能力。谐波电流影响电气和电子设备的运行，在中性线上引起热量和过电流，以及在中线和地面之间引起的电流和电压不平衡，严重扭曲最初以正弦波电压和电流波形出现的失真。供配电系统中，非线性负载的激增引起电压和电流波形的谐波失真。从供配电系统汲取基本电流时，非线性负载会将非正弦电流注入供配电系统。
1.2 谐波分类
谐波主要根据频率和相序特性进行分类。具体来说，根据工频基波整数倍的频率可分为2次谐波（100Hz）、3次谐波（150Hz）等，非工频整数倍的谐波称为间谐波；根据相序旋转作用可负序谐波、零序谐波、正序谐波三种。其中正序谐波为正向旋转，负序谐波为逆向旋转，零序谐波不旋转。在三相
朱铁四线制系统中，一些谐波能够相互抵消，另一些却会相互叠加，致使谐波被放大。失真的负载电流与系统阻抗相互作用，进而使电源电压失真。结果，连接到同一配电系统的其他负载最终也会吸收失真的电流。明显的电压失真会增加系统损耗，并对最终用户负载的运行产生不利影响。尽管现代供配电系统中，调节和控制性能有所提高，但由于非线性负载，供配电系统运行时仍会产生高谐波电流。这些谐波是造成供配电系统电缆发热、半导体转换器损耗、电容器击穿、线路损耗增加、功率因数下降、测量设备故障、线路老化和电压不平衡的主要原因。同时，这些谐波还会对注入电网的能量质量产生影响，使得实际运行的电压会超过额定电压，低压母线上会出现过电流与过电压等。
2 供配电系统内消除谐波的措施
2.1 有源电力滤波器
现有文献中已经提出并开发了几种控制方案来纠正由谐波引起的供配电系统问题。这些方案是基于选择性谐波消除技术，其目的是从频谱中选择和消除有害谐波，从而将影响降至最低。这些解决方案的主要缺点在于开关角的精确计算，而且，这些算法的复杂性降低了它们的可行性。选择性谐波消除技术的更好替代方法是无功补偿方法，利用有源滤波器来确保更好的能量传输，同时消除网络中产生的无功功率。在这种情况下，电能质量符合标准。然而，使用这些技术来改善电能质量通常非常麻烦且昂贵。其他方法包括增加转换器中开关单元的数量，从而使它们能够产生具有最小总谐波失真的多电平波。但是，它们需要大量的开关，这使得它们也很昂贵且麻烦。
在过去的十年中，电源质量问题的重要性日益提高，导致有源功率滤波器（APF）类型得到了若干改进。增加的成本和开关损耗使得纯并联APF在经济上不适合大功率应用。在更高功率水平下，并联混合有源电力滤波器（HAPF）是消除非线性负载引起的电流谐波的一种有用方法，是电网谐波电流补偿的有效手段之一。这种补偿过程是以平衡无功功率并降低负载电流谐波，改善非线性负载的总谐波失真，从而提高电能质量。HAPF仅用于感测线电流，而不用于感测常规方法中使用的谐波或无功功率的负载分量。目标是实现负载平衡，消除谐波，校正功率因数和调节端子电压。使用有源滤波器可以消除各种频率和幅值的谐波，同时完成无功功率的补偿。这种电力电子装置设备可以用在动态谐波滤除，有效进行无功补偿。有源滤波器在谐波的大小与频率都发生变化时进行无功补偿，有效抑制传统滤波器的缺点，以时域分析作为基础，可以实时对发生畸变的谐波进行跟踪和补偿，检测的时候详细明确，计算后得出补偿电流信息，并与负载电流中需要补偿的谐波相互抵消，得到的电流就是期望的电源电流，进而有效保护用电设备，使设备正常运行。
2.2 无功补偿电容器
电容器主要用于配电网络中的无功功率补偿。它们还用于降低功率损耗和改善电压曲线。这种补偿的优势取决于在网络中放置电容器的方式和位置。在供配电系统中，基于组合功率损耗敏感度（PLS）指标的方法，基于有功和无功组合损耗敏感度指标来确定径向分布系统（RDS）中电容器的最佳位置，以通过同时进行重新配置和电容器放置的联网来最大程度地降低配电网络中的功率损耗，因为通过改善电压
曲线可以减少有功功率损耗。供配电系统中，只要电源是平衡的，电容补偿器就可以非常有效地平衡负载电流中的任何不平衡，并且还可以净化负载中的谐波污染，保护供配电系统免受滤波电流的不利影响。
在有谐波背景的供配电系统中，不能采用常规的补偿系统来进行无功补偿。在考虑电压，电流和径向条件约束的情况下，可以采用最佳的重新配置和电容器放置来减少功率损耗，并将电压保持在配电系统的允许范围内。在优化过程中，施加的约束是节点的电压，分支的电流和网络的径向条件。最佳的电容器放置可以控制无功功率在配电线路中的流动，这反过来又可以减少功率损耗。当前，消除谐波的有效方法是使用无源和有源滤波器进行谐波补偿，工作原理基本上是：检测电力线中的谐波，然后向电力线中注入相等但相反的谐波分量，以补偿谐波。根据减少的功率损耗量，重新配置网络，然后放置无源滤波器。
3 结语
综上所述，供配电系统中谐波必然存在，且对电力设备，如电容器造成不可逆的损坏。加强供配电系统谐波的治理，合理利用治理谐波设备和手段，让谐波污染扼杀在摇篮里。
参考文献：
[1]朱岩.刍议电力谐波对供配电系统的影响和治理策略[J].通信电源技术,2020(05):130-131+134.
[2]朱铁超，聂一雄，彭丹.CVT谐波传变特性及其影响因素的优化研究[J].宁夏电力,2019(05):1-7+16.
[3]彭程，李文才，陈欢欢，高波，宫翔，路文梅，马丽.并联型APF补偿电容性非线性负载谐波放大效应的抑制研究[J].电力电容器与无功补偿,2019(03):53-58.
[4]杨柯柯.电气化铁路供电系统中的稳压动力变压器结构及其优化设计研究[D].北京交通大学,2019.
发布评论