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[摘 要]随着技术的进步，负荷结构正在发生着重大变化，尤其是电力电子装置的广泛投入，使非线性负荷的大量增加，伴随着非线性负荷大量出现，必将导致正弦波形的严重畸变、造成电压波动和闪变、引起三相不平衡等多种电能质量问题。
[关键词]电网谐波污染
中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01
1.电网谐波污染的研究背景及研究的必要性
随着技术的进步，负荷结构正在发生着重大变化，尤其是电力电子装置的广泛投入，使非线性负荷的大量增加，伴随着非线性负荷大量出现，必将导致正弦波形的严重畸变、造成电压波动和闪变、引起三相不平衡等多种电能质量问题。在信息化社会，大量基于计算机的控制设备对电能质量非常敏感，对电能质量提出了新的挑战，与此同时，数字化工业和高新技术产业由于其本身固有的精密性和敏感性对于电能质量的要求越来越严格，电能质量的短时变化也可能造成巨大的经济损失。
由于目前全国现有的在线监测装置均为早期安装，因为受当时技术条件、计算机水平的限制，数据只能通过调制解调器定时逐点召唤、调用数据，数据量浩大、传输速度慢，当前电能质量监测手段和管理模式存在明显的局限性。
1、实时性不强：由于监测手段落后，造成数据时效性差，上级部门无法及时了解各地区各电压等级的电能质量水平，从而无法及时采取相应措施改善电能质量。
2、缺乏决策判断的依据 ：无法对监测点进行跟踪测试，从而难以深入分析造成电能质量低的成因，也难进一步提出改善电能质量的有效措施。
3、工作量大：一方面，需要花费很多的人力物力去收集数据，另一方面还要对收集的数据进行统计分析。
4、效率低：从发现电能质量的问题到解决该问题，往往需要很长的时间，不利于管理工作的开展，无法形成一个高效率的电能质量管理体系。
5、数据共享能力不足，人员之间缺乏经验交流，严重制约了人员素质的提高，阻碍了电能质量监测的进展。
因此研究和开发电能质量广域式数据精准分析平台，建立统一的、开放的监控和管理平台，实现对电网电能质量五项指标的全天候监控具有重大的现实意义及技术管理前瞻性，对电网的安全、经济运行是有积极意义的。
2.谐波产生的原因及危害
电网电能质量是指并网公用电厂、公用电网和电力用户受电端的交流电能质量。电能质量问题包括两个方面：一方面是电压幅值不符合要求，即电压偏高或偏低；另一方面是指三相电压不平衡，这主要是三相问负荷分布不均匀引起的；再就是谐波问题，谐波是指电压、电流波形发生畸变，这主要是负荷的非线性造成的。随着电力电子装置的广泛应用以及计算机和空调等电器的普及，电网中的谐波含量也不断上升，谐波污染对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在的威胁，给周围电气环境带来极大影响，被公认为电网的一大公害。
电网电流和电压波形的畸变也就是电网谐波，它主要归因于用电设备或负载。传统的线性负载，如：白炽灯、磁感应电动机、电阻性发热丝、电容器组等，其电流波形是和正常电网电压波形一致的正弦波，基本没有畸变。但是随着经济、技术的发展，变频调速器、半导体整流设备、不问断电源、个人电子计算机、家用音像设备、节能灯、复印机等新型用电设备的迅速增加。这些负载具有显著的非线性特征，引起电网电流的严重畸变。一般情况下，电网中引起谐波的主要因素包括负载侧的各种变流装置、具有磁饱和特性的装置以及非线性不平衡电路等，目前产生电力谐波的设备主要有以下几类i变频调速器、不间断电源、直流调速系统、计算机、整流设备、通讯设备、中高频加热设备、音像设备、晶闸管温控加热设备、充电器、焊接设备、变频空调、电弧炉、晶闸管调光设备、电力机车、电子节能灯等。另外，电源侧的发电机的线槽间隙谐波、输电线路电晕放电、系统的不对称运行或不对称故障等也是引起电网谐波的主要原因。谐波的污染与危害主要表现在对电力与信号的干扰和影响上，主要有以下几个方面：
（1）增加电力设备负荷，降低系统功率因数，降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率，造成设备浪费、线路浪费和电能损失；
（2）引起无功补偿电容器谐振和谐波电流放大，导致电容器因过电流或过电压而损坏或无法投入运行；
（3）产生脉动转矩致使电动机振动，影响产品质量和电机寿命；
（4）由于涡流和集肤效应，使电机、变压器、输电线路等产生附加功率损耗而过热，浪费电能并加速绝缘老化；
（5）谐波电压以正比于其峰值电压的形式增强了绝缘介质的电场强度，降低设备使用寿命；
（6）三次谐波电流会导致三相四线系统的中线过载，并在三角形接法的变压器绕组内产生环流，使绕组电流超过额定值，严重时甚至引发事故；
（7）谐波会改变保护继电器的动作特性，引起继电保护设施的误动作，造成继电保护等自动装置工作紊乱；
（8）谐波畸变改变了电压或电流的变化率和峰值，延缓电弧熄灭，影响断路器的分断容量；
（9）电网谐波分量使计量仪表特别是感应式电能表产生计量误差；
（10）电网谐波分量严重干扰邻近的电力电子设备、工业控制设备和通讯设备，影响设备的正常运行。
3.治理电网谐波的基本方法和存在的问题
（1）改进用电设备，使其不产生或少产生谐波；但是受设备结构、效率、成本、可靠性等因素影响，只能解决部分问题。
（2）应用失谐电抗器抑制谐波共振放大；通过应用研究发现这种方法主要抑制了谐波共振放大，其滤波作用较小。
（3）使用LC无源电力滤波器较小谐波治理；这是目前治理谐波的主要方法，但治理效果不够理想，设计不当时，可能导致谐波放大和系统震荡等新问题。
（4）使用有源电力滤波器进行谐波治理；目前来看，治理效果好，而且节能、节材，是谐波治理技术的最新发展方向，有着广阔的发展前景。
結语
目前新建变电站的设计审查中常常忽视电能质量的相关内容，在无功补偿装置的验收中也一直未能安排谐波测试项目，这样给电能质量管理工作留下了隐患。今后将在变电站设计审查中明确电能质量相关内容，同时要求相关部门对新上可能产生污染源的企业进行严格审查与谐波测试；另外在无功补偿装置的验收项目中增加谐波测试项目，防止因电容器的原因造成的谐波放大隐患。
参考文献
[1] 罗安等编著的《电网谐波治理和无功补偿技术及装备》（中国电力出版社）.
[2] 中国电源学会交流电源专业委员会李建明编著的《电力谐波抑制和无源电力滤波技术》.
[3] 公用电网高次谐波的测量及其监测设备》（中国电力出版社）.
[关键词]电网谐波污染
中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01
1.电网谐波污染的研究背景及研究的必要性
随着技术的进步，负荷结构正在发生着重大变化，尤其是电力电子装置的广泛投入，使非线性负荷的大量增加，伴随着非线性负荷大量出现，必将导致正弦波形的严重畸变、造成电压波动和闪变、引起三相不平衡等多种电能质量问题。在信息化社会，大量基于计算机的控制设备对电能质量非常敏感，对电能质量提出了新的挑战，与此同时，数字化工业和高新技术产业由于其本身固有的精密性和敏感性对于电能质量的要求越来越严格，电能质量的短时变化也可能造成巨大的经济损失。
由于目前全国现有的在线监测装置均为早期安装，因为受当时技术条件、计算机水平的限制，数据只能通过调制解调器定时逐点召唤、调用数据，数据量浩大、传输速度慢，当前电能质量监测手段和管理模式存在明显的局限性。
1、实时性不强：由于监测手段落后，造成数据时效性差，上级部门无法及时了解各地区各电压等级的电能质量水平，从而无法及时采取相应措施改善电能质量。
2、缺乏决策判断的依据 ：无法对监测点进行跟踪测试，从而难以深入分析造成电能质量低的成因，也难进一步提出改善电能质量的有效措施。
3、工作量大：一方面，需要花费很多的人力物力去收集数据，另一方面还要对收集的数据进行统计分析。
4、效率低：从发现电能质量的问题到解决该问题，往往需要很长的时间，不利于管理工作的开展，无法形成一个高效率的电能质量管理体系。
5、数据共享能力不足，人员之间缺乏经验交流，严重制约了人员素质的提高，阻碍了电能质量监测的进展。
因此研究和开发电能质量广域式数据精准分析平台，建立统一的、开放的监控和管理平台，实现对电网电能质量五项指标的全天候监控具有重大的现实意义及技术管理前瞻性，对电网的安全、经济运行是有积极意义的。
2.谐波产生的原因及危害
电网电能质量是指并网公用电厂、公用电网和电力用户受电端的交流电能质量。电能质量问题包括两个方面：一方面是电压幅值不符合要求，即电压偏高或偏低；另一方面是指三相电压不平衡，这主要是三相问负荷分布不均匀引起的；再就是谐波问题，谐波是指电压、电流波形发生畸变，这主要是负荷的非线性造成的。随着电力电子装置的广泛应用以及计算机和空调等电器的普及，电网中的谐波含量也不断上升，谐波污染对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在的威胁，给周围电气环境带来极大影响，被公认为电网的一大公害。
电网电流和电压波形的畸变也就是电网谐波，它主要归因于用电设备或负载。传统的线性负载，如：白炽灯、磁感应电动机、电阻性发热丝、电容器组等，其电流波形是和正常电网电压波形一致的正弦波，基本没有畸变。但是随着经济、技术的发展，变频调速器、半导体整流设备、不问断电源、个人电子计算机、家用音像设备、节能灯、复印机等新型用电设备的迅速增加。这些负载具有显著的非线性特征，引起电网电流的严重畸变。一般情况下，电网中引起谐波的主要因素包括负载侧的各种变流装置、具有磁饱和特性的装置以及非线性不平衡电路等，目前产生电力谐波的设备主要有以下几类i变频调速器、不间断电源、直流调速系统、计算机、整流设备、通讯设备、中高频加热设备、音像设备、晶闸管温控加热设备、充电器、焊接设备、变频空调、电弧炉、晶闸管调光设备、电力机车、电子节能灯等。另外，电源侧的发电机的线槽间隙谐波、输电线路电晕放电、系统的不对称运行或不对称故障等也是引起电网谐波的主要原因。谐波的污染与危害主要表现在对电力与信号的干扰和影响上，主要有以下几个方面：
（1）增加电力设备负荷，降低系统功率因数，降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率，造成设备浪费、线路浪费和电能损失；
（2）引起无功补偿电容器谐振和谐波电流放大，导致电容器因过电流或过电压而损坏或无法投入运行；
（3）产生脉动转矩致使电动机振动，影响产品质量和电机寿命；
（4）由于涡流和集肤效应，使电机、变压器、输电线路等产生附加功率损耗而过热，浪费电能并加速绝缘老化；
（5）谐波电压以正比于其峰值电压的形式增强了绝缘介质的电场强度，降低设备使用寿命；
（6）三次谐波电流会导致三相四线系统的中线过载，并在三角形接法的变压器绕组内产生环流，使绕组电流超过额定值，严重时甚至引发事故；
（7）谐波会改变保护继电器的动作特性，引起继电保护设施的误动作，造成继电保护等自动装置工作紊乱；
（8）谐波畸变改变了电压或电流的变化率和峰值，延缓电弧熄灭，影响断路器的分断容量；
（9）电网谐波分量使计量仪表特别是感应式电能表产生计量误差；
（10）电网谐波分量严重干扰邻近的电力电子设备、工业控制设备和通讯设备，影响设备的正常运行。
3.治理电网谐波的基本方法和存在的问题
（1）改进用电设备，使其不产生或少产生谐波；但是受设备结构、效率、成本、可靠性等因素影响，只能解决部分问题。
（2）应用失谐电抗器抑制谐波共振放大；通过应用研究发现这种方法主要抑制了谐波共振放大，其滤波作用较小。
（3）使用LC无源电力滤波器较小谐波治理；这是目前治理谐波的主要方法，但治理效果不够理想，设计不当时，可能导致谐波放大和系统震荡等新问题。
（4）使用有源电力滤波器进行谐波治理；目前来看，治理效果好，而且节能、节材，是谐波治理技术的最新发展方向，有着广阔的发展前景。
結语
目前新建变电站的设计审查中常常忽视电能质量的相关内容，在无功补偿装置的验收中也一直未能安排谐波测试项目，这样给电能质量管理工作留下了隐患。今后将在变电站设计审查中明确电能质量相关内容，同时要求相关部门对新上可能产生污染源的企业进行严格审查与谐波测试；另外在无功补偿装置的验收项目中增加谐波测试项目，防止因电容器的原因造成的谐波放大隐患。
参考文献
[1] 罗安等编著的《电网谐波治理和无功补偿技术及装备》（中国电力出版社）.
[2] 中国电源学会交流电源专业委员会李建明编著的《电力谐波抑制和无源电力滤波技术》.
[3] 公用电网高次谐波的测量及其监测设备》（中国电力出版社）.