一、引言 一個(gè)理想的電力系統(tǒng)是以單一恒定頻率與規(guī)定幅值的穩(wěn)定電壓供電的。但實(shí)際上，由于近年來隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在電力系統(tǒng)中大功率換流設(shè)備和調(diào)壓裝置的利用、高壓直流輸電的應(yīng)用、大量非線性負(fù)荷的出現(xiàn)以及供電系統(tǒng)本身存在的非線性元件等使得系統(tǒng)中的電壓波形畸變?cè)絹碓絿?yán)重，對(duì)電力系統(tǒng)造成了很大的危害，如：使供電系統(tǒng)中的元件損耗增大、降低用電設(shè)備的使用壽命、干擾通訊系統(tǒng)等。嚴(yán)重時(shí)甚至還能使設(shè)備損壞，自動(dòng)控制失靈，繼電保護(hù)誤動(dòng)作，因而造成停電事故等及其它問題。所謂知己知彼，百戰(zhàn)不殆，因此,要實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)諧波的綜合治理,就必須搞清楚諧波的來源及電網(wǎng)在各種不同運(yùn)行方式下諧波潮流的分布情況，以采取相應(yīng)的措施限制和消除諧波，從而改善供電系統(tǒng)供電質(zhì)量和確保系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 二、電力系統(tǒng)諧波的來源 電力系統(tǒng)中諧波源是多種多樣的。主要有以下幾種： 1、系統(tǒng)中的各種非線性用電設(shè)備如：換流設(shè)備、調(diào)壓裝置、電氣化鐵道、電弧爐、熒光燈、家用電器以及各種電子節(jié)能控制設(shè)備等是電力系統(tǒng)諧波的主要來源。這些設(shè)備即使供給它理想的正弦波電壓，它取用的電流也是非線性的，即有諧波電流存在。并且這些設(shè)備產(chǎn)生的諧波電流也會(huì)注入電力系統(tǒng)，使系統(tǒng)各處電壓產(chǎn)生諧波分量。這些設(shè)備的諧波含量決定于它本身的特性和工作狀況，基本上與電力系統(tǒng)參數(shù)無關(guān)，可視為諧波恒流源。 2、供電系統(tǒng)本身存在的非線性元件是諧波的又一來源。這些非線性元件主要有變壓器激磁支路、交直流換流站的可控硅控制元件、可控硅控制的電容器、電抗器組等。 3、如熒光燈、家用電器等的單個(gè)容量不大，但數(shù)量很大且散布于各處，電力部門又難以管理的用電設(shè)備。如果這些設(shè)備的電流諧波含量過大，則會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，對(duì)該類設(shè)備的電流諧波含量，在制造時(shí)即應(yīng)限制在一定的數(shù)量范圍之內(nèi)。 4、發(fā)電機(jī)發(fā)出的諧波電勢(shì)。發(fā)電機(jī)發(fā)出諧波電勢(shì)的同時(shí)也會(huì)有諧波電勢(shì)產(chǎn)生，其諧波電勢(shì)取決于發(fā)電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)和工作狀況，基本上與外接阻抗無關(guān)。故可視為諧波恒壓源，但其值很小。 三、電力系統(tǒng)諧波潮流計(jì)算 所謂電力系統(tǒng)諧波潮流計(jì)算，就是通過求解網(wǎng)絡(luò)方程In=YnUn（n=3,5,7…...n：諧波次數(shù)。In為諧波源負(fù)荷注入電網(wǎng)的n次諧波電流列向量。Yn為電網(wǎng)的n次諧波導(dǎo)納陣。Un為電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)母線的n次諧波電壓列向量）。求得電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)（母線）得諧波電壓，進(jìn)而求得各支路中的諧波電流。當(dāng)電力系統(tǒng)中存在有諧波源時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)中個(gè)接點(diǎn)電壓和支路電流均會(huì)有高次諧波。為了確定諧波電壓和諧波電流在供電系統(tǒng)中的分布，需要對(duì)諧波阻抗構(gòu)成的等效電路進(jìn)行潮流計(jì)算，同時(shí)當(dāng)整流裝置供電系統(tǒng)中有容性元件存在時(shí)，還要根據(jù)各支路諧波阻抗的性質(zhì)和大小，來檢驗(yàn)有無諧振的情況。進(jìn)行諧波潮流計(jì)算，首先必須確定電網(wǎng)元件的諧波阻抗。 　 （3.1）、電網(wǎng)各類元件的諧波阻抗： （1）、同步發(fā)電機(jī)的諧波阻抗 合格的發(fā)電機(jī)的電勢(shì)是純正弦的，不含有高次諧波，其發(fā)電機(jī)電勢(shì)只存在于基波網(wǎng)絡(luò)。在高次諧波網(wǎng)絡(luò)里，由于發(fā)電機(jī)諧波電勢(shì)很小，此時(shí)可視發(fā)電機(jī)諧波電勢(shì)為零。故其等值電路為連接機(jī)端與中性點(diǎn)的諧波電抗××××。 其中XGn=nXG1————————————-（1）式中XG1為基波時(shí)發(fā)電機(jī)的零序、正序或負(fù)序電抗，有該次諧波的序特性決定如果需要計(jì)及網(wǎng)絡(luò)損耗，對(duì)于發(fā)電機(jī)，可將其阻抗角按85度估計(jì)，對(duì)于輸電線，變壓器和負(fù)荷等元件的等值發(fā)電機(jī)，可將其阻抗角按75度估計(jì)。。 （2）、變壓器的諧波阻抗 電力系統(tǒng)諧波的幅值常是隨著頻率的升高而衰減，故在基波潮流計(jì)算尤其是高壓電網(wǎng)中，常忽略變壓器的激磁支路和匝間電容。在計(jì)算諧波電流時(shí)，只考慮變壓器的漏抗，且認(rèn)為與諧波次數(shù)所認(rèn)定的頻率成正比。在一般情況下，變壓器的等值電路就簡(jiǎn)化為一連接原副邊節(jié)點(diǎn)的諧波電抗×××× 其中×××為變壓器基波漏電抗。 在高次諧波的作用下，繞組內(nèi)部的集膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)增大，這時(shí)變壓器的電阻大致與諧波次數(shù)的平方成正比，此時(shí)的變壓器諧波阻抗為： Zn=sqrt（n）RT1+jnXT1——————————————————————————————-（3） 其中RT1為基波時(shí)變壓器的電阻。 對(duì)于三相繞組變壓器，可采用星型等值電路，其諧波阻抗的計(jì)算方法通上。 當(dāng)諧波源注入的高次諧波電流三相不對(duì)稱時(shí)，則要根據(jù)變壓器的接線方式和各序阻抗計(jì)算出三相諧波阻抗。 3）電抗器的諧波阻抗 當(dāng)只計(jì)及電抗器感抗時(shí)，對(duì)n次諧波頻率為：XLn=Nxl×UN/sqrt（3）IN 4）、輸電線路的諧波阻抗 輸電線路是具有均勻分布參數(shù)的電路，經(jīng)過完全換位的輸電線路可看作是三相對(duì)稱的。 在潮流計(jì)算中，通常以集中參數(shù)的PI型等值電路表示。在計(jì)及分布特性的情況下，則：ZLn=Znsh（rnl）　Yln/2=（chrnl-1）/（Znshrnl）　ZN和RN分別為對(duì)于于該次諧波時(shí)線路的波阻抗和傳播常數(shù)。其中Zn=sqrt（Z0n/Y0n）Rn=sqrt（Z0nYon）　Z0N和Y0N分別為該次諧波時(shí)輸電線路單位長(zhǎng)度的阻抗和導(dǎo)納 5）、負(fù)荷的諧波阻抗 在諧波潮流計(jì)算時(shí)，基波部分可按節(jié)點(diǎn)注入功率看待，而在諧波網(wǎng)絡(luò)中將它看作是恒定阻抗，近似地可認(rèn)為綜合負(fù)荷為一等值電動(dòng)機(jī)。其綜合負(fù)荷的諧波等值阻抗值為：ZN=SQRT（N）R1+JNX1 其中R1，X1為基波等值電動(dòng)機(jī)的負(fù)序電阻、電抗、其值可由該節(jié)點(diǎn)的基波電壓、功率值經(jīng)換算求得。零序電流一般不會(huì)進(jìn)入負(fù)荷，因而在零序性的高次諧波網(wǎng)絡(luò)里，可忽略負(fù)荷支路。 當(dāng)確定了電路中各電氣元件的諧波阻抗后，可以構(gòu)成一個(gè)諧波作用的等效電路，以便進(jìn)行計(jì)算，繪制諧波作用下的等效電路時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)特點(diǎn)： （1）、諧波作用的等效電路，均應(yīng)以整流裝置為中心，按照實(shí)際接線構(gòu)成，于是整流裝置視為諧波源，而電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)不是以能源出現(xiàn)，而是作為諧波源的負(fù)載阻抗的一部分。 （2）、電路元件阻抗可以用有名值進(jìn)行計(jì)算，也可以用標(biāo)幺值進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)采用有名值進(jìn)行計(jì)算時(shí)，全部電路應(yīng)折算到某一基準(zhǔn)電壓，便于分析和應(yīng)用。 （3）一般計(jì)算中，元件的所有電阻均可忽略，但是當(dāng)系統(tǒng)某一部分發(fā)生或接近并聯(lián)或串聯(lián)諧振時(shí)，此時(shí)的電阻影響卻不能忽略。 （4）、在諧波電流近似計(jì)算中，所確定的是整流裝置側(cè)的總諧波電流，根據(jù)諧波作用等效電路，才能確定各支路諧波電流和電壓的分布。 　　 3.2、諧波潮流計(jì)算 （3.2.1）、無容性元件網(wǎng)絡(luò)的諧波潮流計(jì)算 （1）、對(duì)稱系統(tǒng)的諧波潮流計(jì)算對(duì)稱系統(tǒng)中三相情況相同，因此可以按一相情況來計(jì)算。 當(dāng)確定了整流裝置任一側(cè)總諧波電流后，結(jié)合諧波等效電路，就可以確定系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中任一支路的諧波電流分布。然后再根據(jù)節(jié)點(diǎn)諧波電壓和節(jié)點(diǎn)注入諧波電流的關(guān)系I=YU（其中，Y為諧波導(dǎo)納陣），就可以確定各處的節(jié)點(diǎn)諧波電壓了。進(jìn)而可求出潮流功率。其計(jì)算步驟如下： lt;1gt;、根據(jù)所給運(yùn)行條件，以通常的潮流計(jì)算方法求解基波潮流。 lt;2gt;、按諧波源工作條件，確定其它有關(guān)參數(shù)及需要計(jì)算的諧波次數(shù)。 lt;3gt;、計(jì)算各元件諧波參數(shù)，形成各次諧波網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，并計(jì)算相應(yīng)諧波網(wǎng)的注入電流。 lt;4gt;、由式IN=YNUN確定各節(jié)點(diǎn)的諧波電壓，并計(jì)算各支路諧波功率。 其中，應(yīng)注意有諧波儀測(cè)出的諧波注入電流，其相角是相對(duì)于基波電流的相角。故求出基波電流后，需將諧波注入電流相角進(jìn)行修正。同樣，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的功率是基波功率與諧波功率之和，故基波注入功率也應(yīng)進(jìn)行修正。但線性負(fù)荷處的基波注入功率不必修正。 （2）、不對(duì)稱系統(tǒng)諧波潮流計(jì)算 在不對(duì)稱系統(tǒng)中，三相情況各不相同，而且相互影響，因此必須同時(shí)進(jìn)行三相系統(tǒng)的計(jì)算。 不對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)潮流的計(jì)算可將網(wǎng)絡(luò)分為各次諧波網(wǎng)絡(luò)，先計(jì)算基波網(wǎng)絡(luò)，求得各節(jié)點(diǎn)基波電壓后，按它計(jì)算各諧波潮流的各次注入電流，再按此諧波注入電流解算各次諧波的網(wǎng)絡(luò)方程，求出各節(jié)點(diǎn)的各次諧波電壓。 　 （3.2.2）、整流裝置供電系統(tǒng)中有容性元件存在時(shí)的諧波潮流計(jì)算當(dāng)整流裝置供電系統(tǒng)中有容性元件存在時(shí)，電容器對(duì)整流裝置的換相過程和電壓電流波形都有影響。一般在基波頻率下，感抗和容抗支路的參數(shù)在數(shù)值上相差甚大，不致產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，但整流裝置的一次非正弦回路，可以看成是幾個(gè)不同頻率和振幅的正弦電勢(shì)在回路中分別作用的綜合結(jié)果，因感抗頻率特性與容抗頻率特性剛好相反，有可能在某次諧波下兩者數(shù)值相近，發(fā)生諧振現(xiàn)象。故此時(shí)除了進(jìn)行正常的諧波潮流計(jì)算外，還要根據(jù)各支路諧波阻抗的性質(zhì)和大小，來檢驗(yàn)有無諧振。 　　 四、總結(jié) 電力系統(tǒng)中的諧波的出現(xiàn)，對(duì)于電力系統(tǒng)運(yùn)行是一種污染。它們降低了系統(tǒng)電壓正玄波形的質(zhì)量，不但嚴(yán)重地影響了電力系統(tǒng)自身，而且還危害用戶和周圍的通信系統(tǒng)。 因此對(duì)電力系統(tǒng)諧波的研究對(duì)于改善電能質(zhì)量，抑制和消除諧波具有十分重要的意義。