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摘要：怀化电网负荷轻，电铁负荷比列重，产生了大量的谐波污染。而在当前电网中谐波的处理上，人们考虑较多的是对于基波无功功率的补偿，这主要是因为基波电流在总电流中占有较大的比例。针对怀化电网的现状，为了能够保留下特定的谐波有功分量，补偿相应的基波无功和谐波非有功，本文引入p-q检测方法，实现基波和谐波电流有功分量的检测，以得到需要的补偿量。这种有源滤波方法不仅能够降低有源滤波器装置的设计容量，同时还可以提高系统的功率因数，减少电网损耗。
关键词：谐波有功分量 瞬时无功理论 有源滤波器
0 引言
在电力系统中，专家学者长期致力于无功功率和谐波的研究，这也是电力学术界讨论的热点。电网中的无功功率以及谐波是由于感性和容性负荷以及非线性开关的使用而造成的。近年来，电力电子技术得到了极大的发展，相应的设备也越来越多的应用于电力系统中，共同造成电压波形的畸变，使得最原始的无功功率定义受到冲击。
怀化电网是一个很特殊的电网：62个110KV及以上的变电站，电铁牵引变就占了9个，80MW左右的用电负荷，电铁冲击负荷占了将近六分之一。而电铁负荷采用两相供电，非线性供电负荷引发负序电流，产生大量的谐波污染，对怀化电网及电气设备造成了极大的不良影响。随着沪昆高铁的加速建设，2014年怀化电网将会发生翻天覆地的变化：还会新增4个220KV高铁牵引站。大量的电铁负荷将会对电气设备造成严重危害。如何对电铁谐波进行分析、计算和治理，将是怀化电网面临的一项重大课题。本文就如何检测检测谐波电流的有功分量，并提供必要的补偿量来做一分析。
1电铁负荷对怀化电力系统的影响和危害
电铁负荷采用两相供电，非线性供电负荷引发负序电流，产生大量的谐波污染。
1、电铁牵引站采用110/27.5KV的两圈变供电，低压侧采用两相供电，不平衡负荷会产生谐波放大及谐波谐振。
2、谐波负荷会引起设备发热：电铁谐波负荷会在变压器及输电设备中产生附加损耗，引起设备发热。
3、谐波负荷会损坏设备：谐波负荷所产生的谐波放大机谐波谐振现象会造成设备过流、过压、过热而损毁设备。怀化电网220KV阳塘变在2010年以前为怀化电气化铁路提供6个牵引站的供电负荷，在高强度接带电铁负荷6年期间，电容器或串联电抗器损坏一共达到了24次。
2问题的提出
在电压发生畸变时，或出现非线性负荷时，系统中将会存在谐波，谐波中包含有有功功率和无功功率。因为基波电流在总电流中占有较大的比例，在对电网进行优化调度管理时，人们考虑较多的往往是对基波无功功率的补偿。而在谐波的处理上，一般不对有功谐波和无功谐波进行区分。
目前在谐波的处理上主要有两种方法：一种是使用无源滤波器装置，该装置对于不同次数的谐波具有不同的阻抗；在外界条件满足的情况下，无源滤波器装置可以实现负荷与电网之间的谐振，有些情况下还可能出现无源滤波器过负荷的状态。另一种方法是采用有源滤波器装置进行电网谐波的消除，其基本方法是：检测电网中的电流谐波，并向电网中输入与检测的电流谐波具有相同幅值，相位相反的谐波电流，实现电网谐波电流消除的目的。可以看出，在这种方法中也没有区分谐波的有功分量以及无功分量；并且，对于大部分的并联有源滤波器而言，将基波中的有功电流保留下来，补偿所有的谐波分量，可见，这不仅会消耗电源的有功功率，同时还会降低系统的功率因数，产生新的波形畸变。
众所周知，对于负荷而言，谐波中的有功电流是有用的，如：在交流的感性负荷中，有些设备存在涡流损耗或者是趋肤效应热损失等，这些损耗是不可避免的，相关文献介绍过当谐波中的有功功率潮流向负荷侧流动时，负荷将会消耗掉谐波中的有功分量，只有当谐波中的有功功率潮流流向电源侧，才会造成对电网的污染。所以在进行有源滤波器装置的设计时，如果能够保留下特定的谐波有功分量，补偿相應的基波无功和谐波非有功，不仅可以降低有源滤波器装置的设计容量，同时还可以提高系统的功率因数，减少电网损耗。
3 p-q检测方法分析
当电网电压发生畸变时，对于非线性负荷而言，产生的电流波形也会发生畸变，这种波形畸变会在电力系统与负荷之间实现谐波功率的交换。为了下文的分析方便，现进行变量定义：瞬时功率表示为P；基波有功功率表示为p1；谐波有功功率表示为pH；基波无功功率表示为Q1；谐波非有功功率表示为QH；n次谐波电压有效值表示为Vn；n次谐波电流有效值In[1]。
在本文的研究中，只关心谐波的有功功率。由于谐波有功功率pH大于零，并且负荷为感性，谐波有功功率包括：感性负荷中的涡流损耗、趋肤效应热损失以及其他的谐波有功损耗。这对于很多的电力设备而言都是不可避免的损耗，当负荷是线性的纯阻性负荷时，设备所产生的谐波有功潮流将会向电网侧流动。
就前者而言，在谐波有功功率pH大于零的情况下，可以将谐波电流中的有功成分保留下来，并且这种保留也是很有必要的，这样可以为设备获取谐波有功功率，减小有源滤波器装置的容量。当负荷是线性的纯阻性负荷时，通常情况下是采用谐波处理的方法进行处理，保证电网不会受到谐波电流的干扰。在本文的研究中主要是考虑前一种情况，即：负荷为感性负荷的情况，在此情况下如何将谐波中的有功电流保留下来。将负荷进一步细分[2]
如图2所示，有功电流保留下来以后，负荷等效为一个纯电阻，此时，电网与负荷之间不存在无功电流的相互交换，自然也不会出现电网与负荷之间的谐振现象。另外，这种方法还有以下几个特点：首先，可以实现较高的负荷功率因数，也不会出现因为要抵消谐波有功而造成的损耗；大大降低了有源滤波器的设计容量；当谐波较为严重时，只需要进行基波无功功率以及谐波非有功成分的补偿就可以满足接入要求。
3 结束语
在我国的电力系统中，尤其是电铁冲击负荷比较多的电网中，电压波形畸变的现象是普遍存在的。怀化电网的电力负荷中，大部分是感性负荷；有些负荷在运行过程中还需要有谐波有功电流的帮助，因此，不能盲目的进行谐波补偿。对当前已经出现的谐波滤波方法进行适当改进，可以实现谐波有功功率的保留。本文引入p-q检测方法，实现基波和谐波电流有功分量的检测，保留了谐波有功功率，具有简单可靠的特点。采用该项检测方法，并适当的制订出针对电铁谐振污染的补偿方式，将大大提高怀化电网的运行水平。
参考文献：
[1]付青，杨耕，郭希铮.考虑电源电压畸变时的有源滤波器控制方法叨.电工技术学报，2006，21（3）.
[2]王兆安，杨君，刘进军等.谐波抑制与无功功率补偿[M].北京机械工业出版社，2006.
[3]王茂海，孙元章.三相电路中功率现象的解释及无功功率的分类 .中国电机工程学报，2003，（6）.
关键词：谐波有功分量 瞬时无功理论 有源滤波器
0 引言
在电力系统中，专家学者长期致力于无功功率和谐波的研究，这也是电力学术界讨论的热点。电网中的无功功率以及谐波是由于感性和容性负荷以及非线性开关的使用而造成的。近年来，电力电子技术得到了极大的发展，相应的设备也越来越多的应用于电力系统中，共同造成电压波形的畸变，使得最原始的无功功率定义受到冲击。
怀化电网是一个很特殊的电网：62个110KV及以上的变电站，电铁牵引变就占了9个，80MW左右的用电负荷，电铁冲击负荷占了将近六分之一。而电铁负荷采用两相供电，非线性供电负荷引发负序电流，产生大量的谐波污染，对怀化电网及电气设备造成了极大的不良影响。随着沪昆高铁的加速建设，2014年怀化电网将会发生翻天覆地的变化：还会新增4个220KV高铁牵引站。大量的电铁负荷将会对电气设备造成严重危害。如何对电铁谐波进行分析、计算和治理，将是怀化电网面临的一项重大课题。本文就如何检测检测谐波电流的有功分量，并提供必要的补偿量来做一分析。
1电铁负荷对怀化电力系统的影响和危害
电铁负荷采用两相供电，非线性供电负荷引发负序电流，产生大量的谐波污染。
1、电铁牵引站采用110/27.5KV的两圈变供电，低压侧采用两相供电，不平衡负荷会产生谐波放大及谐波谐振。
2、谐波负荷会引起设备发热：电铁谐波负荷会在变压器及输电设备中产生附加损耗，引起设备发热。
3、谐波负荷会损坏设备：谐波负荷所产生的谐波放大机谐波谐振现象会造成设备过流、过压、过热而损毁设备。怀化电网220KV阳塘变在2010年以前为怀化电气化铁路提供6个牵引站的供电负荷，在高强度接带电铁负荷6年期间，电容器或串联电抗器损坏一共达到了24次。
2问题的提出
在电压发生畸变时，或出现非线性负荷时，系统中将会存在谐波，谐波中包含有有功功率和无功功率。因为基波电流在总电流中占有较大的比例，在对电网进行优化调度管理时，人们考虑较多的往往是对基波无功功率的补偿。而在谐波的处理上，一般不对有功谐波和无功谐波进行区分。
目前在谐波的处理上主要有两种方法：一种是使用无源滤波器装置，该装置对于不同次数的谐波具有不同的阻抗；在外界条件满足的情况下，无源滤波器装置可以实现负荷与电网之间的谐振，有些情况下还可能出现无源滤波器过负荷的状态。另一种方法是采用有源滤波器装置进行电网谐波的消除，其基本方法是：检测电网中的电流谐波，并向电网中输入与检测的电流谐波具有相同幅值，相位相反的谐波电流，实现电网谐波电流消除的目的。可以看出，在这种方法中也没有区分谐波的有功分量以及无功分量；并且，对于大部分的并联有源滤波器而言，将基波中的有功电流保留下来，补偿所有的谐波分量，可见，这不仅会消耗电源的有功功率，同时还会降低系统的功率因数，产生新的波形畸变。
众所周知，对于负荷而言，谐波中的有功电流是有用的，如：在交流的感性负荷中，有些设备存在涡流损耗或者是趋肤效应热损失等，这些损耗是不可避免的，相关文献介绍过当谐波中的有功功率潮流向负荷侧流动时，负荷将会消耗掉谐波中的有功分量，只有当谐波中的有功功率潮流流向电源侧，才会造成对电网的污染。所以在进行有源滤波器装置的设计时，如果能够保留下特定的谐波有功分量，补偿相應的基波无功和谐波非有功，不仅可以降低有源滤波器装置的设计容量，同时还可以提高系统的功率因数，减少电网损耗。
3 p-q检测方法分析
当电网电压发生畸变时，对于非线性负荷而言，产生的电流波形也会发生畸变，这种波形畸变会在电力系统与负荷之间实现谐波功率的交换。为了下文的分析方便，现进行变量定义：瞬时功率表示为P；基波有功功率表示为p1；谐波有功功率表示为pH；基波无功功率表示为Q1；谐波非有功功率表示为QH；n次谐波电压有效值表示为Vn；n次谐波电流有效值In[1]。
在本文的研究中，只关心谐波的有功功率。由于谐波有功功率pH大于零，并且负荷为感性，谐波有功功率包括：感性负荷中的涡流损耗、趋肤效应热损失以及其他的谐波有功损耗。这对于很多的电力设备而言都是不可避免的损耗，当负荷是线性的纯阻性负荷时，设备所产生的谐波有功潮流将会向电网侧流动。
就前者而言，在谐波有功功率pH大于零的情况下，可以将谐波电流中的有功成分保留下来，并且这种保留也是很有必要的，这样可以为设备获取谐波有功功率，减小有源滤波器装置的容量。当负荷是线性的纯阻性负荷时，通常情况下是采用谐波处理的方法进行处理，保证电网不会受到谐波电流的干扰。在本文的研究中主要是考虑前一种情况，即：负荷为感性负荷的情况，在此情况下如何将谐波中的有功电流保留下来。将负荷进一步细分[2]
如图2所示，有功电流保留下来以后，负荷等效为一个纯电阻，此时，电网与负荷之间不存在无功电流的相互交换，自然也不会出现电网与负荷之间的谐振现象。另外，这种方法还有以下几个特点：首先，可以实现较高的负荷功率因数，也不会出现因为要抵消谐波有功而造成的损耗；大大降低了有源滤波器的设计容量；当谐波较为严重时，只需要进行基波无功功率以及谐波非有功成分的补偿就可以满足接入要求。
3 结束语
在我国的电力系统中，尤其是电铁冲击负荷比较多的电网中，电压波形畸变的现象是普遍存在的。怀化电网的电力负荷中，大部分是感性负荷；有些负荷在运行过程中还需要有谐波有功电流的帮助，因此，不能盲目的进行谐波补偿。对当前已经出现的谐波滤波方法进行适当改进，可以实现谐波有功功率的保留。本文引入p-q检测方法，实现基波和谐波电流有功分量的检测，保留了谐波有功功率，具有简单可靠的特点。采用该项检测方法，并适当的制订出针对电铁谐振污染的补偿方式，将大大提高怀化电网的运行水平。
参考文献：
[1]付青，杨耕，郭希铮.考虑电源电压畸变时的有源滤波器控制方法叨.电工技术学报，2006，21（3）.
[2]王兆安，杨君，刘进军等.谐波抑制与无功功率补偿[M].北京机械工业出版社，2006.
[3]王茂海，孙元章.三相电路中功率现象的解释及无功功率的分类 .中国电机工程学报，2003，（6）.