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[摘 要]本文对谐波产生的原因进行了简要概述，并对变电站谐波源进行了相应分析，并在此基础上提出了一系列治理变电站谐波的相关方法和措施，以供相关人员参考。
[关键词]变电站；谐波；分析；治理
中图分类号：R6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）48-0265-01
随着我国社会经济的不断发展与进步，各个地区的用电量也在不断增加，国内各个电网企业同时不断加大电网系统建设力度，但仍然要面对各种各样的电力系统运行相关问题。其中变电站系统中谐波的产生对整个系统及内部设备都会造成一定程度的损害，对这些谐波进行合理分析，并采取相关措施进行抑制，将会有效保证变电站系统的顺利运行。
1.谐波产生的原因
相关系统中部分设备与负荷的非线性特性是谐波产生的根源，也就是所加电压与产生电流没有形成线性正比关系，进而导致波形发生畸变现象。在系统中的正弦波形电压施加到非线性负载上过程中，因此而产生的电流是非正弦波形，随着这种波形畸变就相应产生了谐波。而谐波源也就是向公用电力网络输入谐波电流或者在公用电力网络中产生谐波电压的各种电力设备。
2.变电站谐波源分析
2.1变压器谐波源
从实质上来讲，变压器的励磁回路是铁芯绕组电路。如果不考虑磁滞和铁芯未饱和情况，变压器的励磁电路可以说是线性电路。当铁芯出现饱和状况后，它就变成了非线性电路，就算外加电压为实际正弦波，其电流也会发生畸变现象。并且铁芯饱和度越高，其电流波形畸变也就越剧烈。
2.2直流调速传动装置
对于直流电动机来说，其调速控制器一般使用6脉冲桥式整流电路。但由于直流电动机电感的一定性，所以在直流电流中存在300Hz的脉动波，相当于基波频率的6倍，从而造成供电电流的波形发生变化，进而大致很多高次谐波电流的出现[1]。
2.3发电机
发电机作为公用电力网络的电源设备，合理状态下，在直流电流通过发电机励磁绕组并受磁极作用影响而有呈正弦分布的磁场产生时，其正弦的电动势将会被定子绕组感应出来，这个时候发电机输出电压是正弦波。但从实际情况来看，磁极磁场的分布状况并不是全部根据正弦规律来的，所以，感应出的电动势并不是合理的正弦波，其输电压中相对存在部分谐波。这些谐波电动势的频率与幅值仅由发电机自身结构及其工作状态决定，而实际与外接负载没有关系。
2.4不间断电源
电子通讯类设备仪器几乎都是由UPS供电的负荷，这些设备仪器的开关电源自身都是非线性的，并且其中有很多的低次谐波存在。与此同时，UPS本身要通过AC—DC，然后通过DC-DC来满足蓄电池的充电需求，此过程仍然会有一定的高次谐波产生。
2.5电弧妒与电弧焊机
在工业中所用的电弧炉和电弧焊机等设备在进行作业时其电极通常处在短路状态下，这种情况导致其在消耗很多无功功率的同时，也有许多高次谐波因此而生，这些谐波频谱不规则，基本上都是间断性频谱。其中在使用交流电弧炉进行工作时，其产生的高次谐波电流以及短路容量冲击在很大程度上造成了供电电能质量的恶化问题，所以，一定要积极采取相关治理措施对这些谐波加以抑制。
2.6开关模式电源
当前情况下，绝大部分电子设备普遍使用开关模式的电源，这种电源的特征就是其难以从电网中吸收持续的电流，而仅仅能吸收脉冲电流，但脉冲电流中含有很多3次和高次谐波分量。
2.7交流调速装置
变频器和软启动器等是主要的交流調速装置。普遍情况下，通用的变频器基本采用Ac—DC-AC架构，而在AC—DC这一环节是不可控整流经二极管滤波，所以输入到电网中的电流通常是尖峰电流，其中有很多高次谐波存在。软启动器一般通过晶闸管移相控制将施加在电动机定子上的相关电压改变，进而促使电动机转速的变化，这个过程输入电网中的电流也同样不是正弦波，并且其中有很多高次谐波存在。
3.电力谐波的治理措施
3.1安装隔离变压器
为了对均衡的3次谐波电流传回电源进行抑制，可以采用一台D，yn接法的隔离变压器来进行。对于十分重要的配电系统，可以将隔离变压器直接安装到每一个配电盘上，从而将3N次谐波电流与配电系统有效隔离开来[2]。应将隔离变压器的高额定值合理增加，不然的话很有可能也会导致电压畸变和过热现象的产生。采用D，yn接法的变压器能够使3次谐波、9次谐波以及15次谐波等在变压器原边绕组内形成回路，因而不会输入到电网中。
3.2避免高次谐波进入220 k V接地系统
在理想状态下，通过小电流接地系统L—C对高次谐波进行限制，就能够有效改善系统的电压质量，其中电容器与电抗器的比例配合，能够合理抑制谐波的产生，但电力变压器的制造是在电磁感应原理基础上实现的，谐波经过变压器进入220 k V接地系统，就会在极大程度上对整个电力系统造成严重危害。尤其是节假日期间，这段时间的电压迅速增加，通常情况下会对无功补偿装置进行合理调节以实现电压降低的目的，也就是在节假日期间电容器都要停止运行。在这种情况下，高次谐波就直接进入到220 k V接地系统中，也很有可能存在于220 k V接地系统的高次谐波进入用电客户的系统中。
3.3装设高频阻波器
能够对电力设备形成危害的高次谐波一般只是3次谐波、5次谐波以及7次谐波，其他的都不会造成太大影响。如果将高频阻波器装设在220 k V线路的两端，就会将商次谐波的进入与危害有效避免，这样就将高频电流约束在输电线路内，而不会对邻近线路造成影响。这里所说的高频阻波器结构是由电感线圈与可调电容构建的并列谐振回路。通过高频阻波器、连接滤波器以及高频电缆等设施设备构成的高频保护对电力系统220 k V线路起到主要保护作用，在保护区域内有故障出现时能够立即进行全线速切。另外通过对这些设施设备的利用，系统还能对电力载波信号进行有效后去，进而促进通讯信号的增加。 3.4加装无功补偿装置
在技术经济条件允许的情况下，可以将相应的动态或静止的无功补偿装置以及静止同步补偿装置等安装在诣波源位置，以满足补偿负荷迅速变化的无功需求，从而将功率因数有效改善，并将系统谐波滤除，同时将输向系统谐波电流进一步减少，促使母线电压稳定性的增强，并在一定程度上降低三相电压不平衡度等，最终促使供电系统承受谐波的能力有效增强[3]。
3.5安装交流滤波装置
对于电力系统中谐波的抑制，可以从两方面来进行，一方面在于产生谐波的非线性负荷，另一方面在于受到危害的电力设备和装置。应将这几个方面有效配合，综合考虑，当成一个整体来进行研究，然后制定和选择技术经济条件最优的方案，把谐波及时抑制和消除。
而通过交流滤波装置的利用，能够将谐波源产生的谐波电流就近汲取，可以说是治理谐波“污染”的有效方法。现阶段，无源型交流滤波装置是普遍使用的抑制谐波的设备，其内部构成包括电阻器、电容器以及电抗器等。在运行过程中，无源型交流滤波装置与谐波源进行并联，针对部分谐波频率形成低阻抗通路，促使相关谐波电流通过无源滤波器实现短路进而有效防止其进入输电系统中。同时，无源滤波器不经能滤除谐波，还能通过基波电压的作用提供容性基波无功功率给谐波负载，以满足谐波源无功补偿的实际需求。因为交流滤波装置结构简单并且便于维护，所以被普遍应用。
4.結语
谐波的产生对于变电站造成很大的影响，如果不采用相应治理方法进行抑制的话，最终将会对人民群众的正常用电造成影响。所以，为了降低谐波造成的危害，提高电网企业服务质量，必须对谐波发生原理以及谐波源进行分析和研究，并据此采用安装隔离变压器、高频阻波器以及交流滤波装置等对谐波进行治理，以满足变电站系统正常运行的需要。
参考文献
[1]朱明星， 夏勇， 孙贺，等. 电容滤波型三相桥式整流电路谐波叠加[J]. 电力系统及其自动化学报， 2017， 29（11）：75-80.
[2]易映萍， 罗海， 胡四全. 小功率光伏并网逆变器控制策略的研究[J]. 电力系统保护与控制， 2016（4）：64-68.
[3]李勇， 程汉湘， 方伟明，等. 无功补偿装置在电力系统中的应用综述[J]. 广东电力， 2016， 29（6）：87-92.
[关键词]变电站；谐波；分析；治理
中图分类号：R6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）48-0265-01
随着我国社会经济的不断发展与进步，各个地区的用电量也在不断增加，国内各个电网企业同时不断加大电网系统建设力度，但仍然要面对各种各样的电力系统运行相关问题。其中变电站系统中谐波的产生对整个系统及内部设备都会造成一定程度的损害，对这些谐波进行合理分析，并采取相关措施进行抑制，将会有效保证变电站系统的顺利运行。
1.谐波产生的原因
相关系统中部分设备与负荷的非线性特性是谐波产生的根源，也就是所加电压与产生电流没有形成线性正比关系，进而导致波形发生畸变现象。在系统中的正弦波形电压施加到非线性负载上过程中，因此而产生的电流是非正弦波形，随着这种波形畸变就相应产生了谐波。而谐波源也就是向公用电力网络输入谐波电流或者在公用电力网络中产生谐波电压的各种电力设备。
2.变电站谐波源分析
2.1变压器谐波源
从实质上来讲，变压器的励磁回路是铁芯绕组电路。如果不考虑磁滞和铁芯未饱和情况，变压器的励磁电路可以说是线性电路。当铁芯出现饱和状况后，它就变成了非线性电路，就算外加电压为实际正弦波，其电流也会发生畸变现象。并且铁芯饱和度越高，其电流波形畸变也就越剧烈。
2.2直流调速传动装置
对于直流电动机来说，其调速控制器一般使用6脉冲桥式整流电路。但由于直流电动机电感的一定性，所以在直流电流中存在300Hz的脉动波，相当于基波频率的6倍，从而造成供电电流的波形发生变化，进而大致很多高次谐波电流的出现[1]。
2.3发电机
发电机作为公用电力网络的电源设备，合理状态下，在直流电流通过发电机励磁绕组并受磁极作用影响而有呈正弦分布的磁场产生时，其正弦的电动势将会被定子绕组感应出来，这个时候发电机输出电压是正弦波。但从实际情况来看，磁极磁场的分布状况并不是全部根据正弦规律来的，所以，感应出的电动势并不是合理的正弦波，其输电压中相对存在部分谐波。这些谐波电动势的频率与幅值仅由发电机自身结构及其工作状态决定，而实际与外接负载没有关系。
2.4不间断电源
电子通讯类设备仪器几乎都是由UPS供电的负荷，这些设备仪器的开关电源自身都是非线性的，并且其中有很多的低次谐波存在。与此同时，UPS本身要通过AC—DC，然后通过DC-DC来满足蓄电池的充电需求，此过程仍然会有一定的高次谐波产生。
2.5电弧妒与电弧焊机
在工业中所用的电弧炉和电弧焊机等设备在进行作业时其电极通常处在短路状态下，这种情况导致其在消耗很多无功功率的同时，也有许多高次谐波因此而生，这些谐波频谱不规则，基本上都是间断性频谱。其中在使用交流电弧炉进行工作时，其产生的高次谐波电流以及短路容量冲击在很大程度上造成了供电电能质量的恶化问题，所以，一定要积极采取相关治理措施对这些谐波加以抑制。
2.6开关模式电源
当前情况下，绝大部分电子设备普遍使用开关模式的电源，这种电源的特征就是其难以从电网中吸收持续的电流，而仅仅能吸收脉冲电流，但脉冲电流中含有很多3次和高次谐波分量。
2.7交流调速装置
变频器和软启动器等是主要的交流調速装置。普遍情况下，通用的变频器基本采用Ac—DC-AC架构，而在AC—DC这一环节是不可控整流经二极管滤波，所以输入到电网中的电流通常是尖峰电流，其中有很多高次谐波存在。软启动器一般通过晶闸管移相控制将施加在电动机定子上的相关电压改变，进而促使电动机转速的变化，这个过程输入电网中的电流也同样不是正弦波，并且其中有很多高次谐波存在。
3.电力谐波的治理措施
3.1安装隔离变压器
为了对均衡的3次谐波电流传回电源进行抑制，可以采用一台D，yn接法的隔离变压器来进行。对于十分重要的配电系统，可以将隔离变压器直接安装到每一个配电盘上，从而将3N次谐波电流与配电系统有效隔离开来[2]。应将隔离变压器的高额定值合理增加，不然的话很有可能也会导致电压畸变和过热现象的产生。采用D，yn接法的变压器能够使3次谐波、9次谐波以及15次谐波等在变压器原边绕组内形成回路，因而不会输入到电网中。
3.2避免高次谐波进入220 k V接地系统
在理想状态下，通过小电流接地系统L—C对高次谐波进行限制，就能够有效改善系统的电压质量，其中电容器与电抗器的比例配合，能够合理抑制谐波的产生，但电力变压器的制造是在电磁感应原理基础上实现的，谐波经过变压器进入220 k V接地系统，就会在极大程度上对整个电力系统造成严重危害。尤其是节假日期间，这段时间的电压迅速增加，通常情况下会对无功补偿装置进行合理调节以实现电压降低的目的，也就是在节假日期间电容器都要停止运行。在这种情况下，高次谐波就直接进入到220 k V接地系统中，也很有可能存在于220 k V接地系统的高次谐波进入用电客户的系统中。
3.3装设高频阻波器
能够对电力设备形成危害的高次谐波一般只是3次谐波、5次谐波以及7次谐波，其他的都不会造成太大影响。如果将高频阻波器装设在220 k V线路的两端，就会将商次谐波的进入与危害有效避免，这样就将高频电流约束在输电线路内，而不会对邻近线路造成影响。这里所说的高频阻波器结构是由电感线圈与可调电容构建的并列谐振回路。通过高频阻波器、连接滤波器以及高频电缆等设施设备构成的高频保护对电力系统220 k V线路起到主要保护作用，在保护区域内有故障出现时能够立即进行全线速切。另外通过对这些设施设备的利用，系统还能对电力载波信号进行有效后去，进而促进通讯信号的增加。 3.4加装无功补偿装置
在技术经济条件允许的情况下，可以将相应的动态或静止的无功补偿装置以及静止同步补偿装置等安装在诣波源位置，以满足补偿负荷迅速变化的无功需求，从而将功率因数有效改善，并将系统谐波滤除，同时将输向系统谐波电流进一步减少，促使母线电压稳定性的增强，并在一定程度上降低三相电压不平衡度等，最终促使供电系统承受谐波的能力有效增强[3]。
3.5安装交流滤波装置
对于电力系统中谐波的抑制，可以从两方面来进行，一方面在于产生谐波的非线性负荷，另一方面在于受到危害的电力设备和装置。应将这几个方面有效配合，综合考虑，当成一个整体来进行研究，然后制定和选择技术经济条件最优的方案，把谐波及时抑制和消除。
而通过交流滤波装置的利用，能够将谐波源产生的谐波电流就近汲取，可以说是治理谐波“污染”的有效方法。现阶段，无源型交流滤波装置是普遍使用的抑制谐波的设备，其内部构成包括电阻器、电容器以及电抗器等。在运行过程中，无源型交流滤波装置与谐波源进行并联，针对部分谐波频率形成低阻抗通路，促使相关谐波电流通过无源滤波器实现短路进而有效防止其进入输电系统中。同时，无源滤波器不经能滤除谐波，还能通过基波电压的作用提供容性基波无功功率给谐波负载，以满足谐波源无功补偿的实际需求。因为交流滤波装置结构简单并且便于维护，所以被普遍应用。
4.結语
谐波的产生对于变电站造成很大的影响，如果不采用相应治理方法进行抑制的话，最终将会对人民群众的正常用电造成影响。所以，为了降低谐波造成的危害，提高电网企业服务质量，必须对谐波发生原理以及谐波源进行分析和研究，并据此采用安装隔离变压器、高频阻波器以及交流滤波装置等对谐波进行治理，以满足变电站系统正常运行的需要。
参考文献
[1]朱明星， 夏勇， 孙贺，等. 电容滤波型三相桥式整流电路谐波叠加[J]. 电力系统及其自动化学报， 2017， 29（11）：75-80.
[2]易映萍， 罗海， 胡四全. 小功率光伏并网逆变器控制策略的研究[J]. 电力系统保护与控制， 2016（4）：64-68.
[3]李勇， 程汉湘， 方伟明，等. 无功补偿装置在电力系统中的应用综述[J]. 广东电力， 2016， 29（6）：87-92.