前言

在现代化电网系统的运行过程中，电力供应的稳定性直接受到谐波污染以及电压稳定性差等问题的影响。电力企业要想实现进一步发展，就必须要对电网谐波的抑制、电网电能质量的提高予以高度的重视。而要想持续提高电能质量，为人们提供源源不断的稳定电力资源，为人们日常生活与工作的正常开展提供保证，就必须要重点研究谐波抑制技术，并将谐波污染的治理作为提高电能质量切入点。

一、电网谐波概述

所谓电网谐波，其实就是电网中除却基波电压、电流之外的高次谐波分量。电网谐波的本质还是一种周期性的正弦波分量^[1]。谐波属于正弦波，每一个谐波都有其特定的频率、幅度与倾角。如果基波频率为50HZ，谐波的频率就为100HZ、150HZ。电网谐波的产生原因，与非线性负载有着直接的关系。即如果电流在经过负载的时候，没有与所加电压形成线性关系，就会形成非正弦电流，并产生谐波。

电网谐波的存在，会对电力系统和电力设备产生较大的危害。首先，电网谐波会使电力系统在运行过程中出现电压谐振，使电力线路中出现谐振过电压问题，使线路和相关电力设备的绝缘体面临被击穿的威胁。其次，电网谐波会对电力系统中的继电保护器与自动化装置产生影响，使其出现误动作行为，影响电力系统运行的稳定性。另外，当谐波电流流经变压器、电动机以及电容器的时候，也会对这些设备的正常运行产生影响。

二、影响电能质量的因素

（一）谐波与波形畸变

谐波问题的存在，会使电源波出现畸变问题，进而对电能质量的提高产生不利影响。通常情况下，在大功率整流装置或者变频调速装置处于运行状态时。海洋平台中出现谐波问题的几率较高。另外，交变频系统调速系统运行状态下，不仅会产生整数次的谐波，还会产生特征次谐波的旁频成分和基频，甚至出现同频谐振。谐波问题的影响不容忽视。首先，谐波问题的存在，会加速电抗与电容的老化问题，使电抗或电容面临被击穿的威胁。另外，谐波电流还有可能使补偿装置出现特殊频率下的谐振，引起过电压现象或者过电流现象，使电抗和电流遭到严重的破坏^[2]。其次，谐波会使输电过程中产生更多的损耗。受到集肤效应的影响，谐波还会出现高频电流，使导线线损和电阻发生明显变化。再次，电机中的谐波畸变问题，还会使电机出现谐波磁链，或者引起振动、噪声以及发热问题，降低电机的工作效率。最后，谐波还有可能引起高频保护设备的误动作。一旦高频保护设备出现误动作，将可能因为大面积停电而对海上油气田的安全稳定生产产生不流影响。

（二）电压波动、闪变、中断

对发电设备、输电设备以及变电装置进行分析，发现电机都是这些设备中最为重要的组成部分之一，也是这些电力设备的主要动力来源。如果电机在额定功率下运行，电机负荷稳定在三相对称状态。但是，如果电机的运行条件比较特殊，那么电机负荷也会产生明显的波动。首先，如果电网系统中需要启动大型电机，那么启动期间的电流值会达到额定电流值的4倍至6倍，负荷波动明显增大。其次，某些电机的工作状态异常，电机负荷也会出现瞬间升高、瞬间降低问题或者周期性交换问题。而这，就会引起电压负荷的大幅度波动现象。并且，在功率发生变化时，电压负荷的波动也会做出相应的改变。最后，当电机处于无功功率状态时，同样会出现一定的波动。并且，这种负荷波动会对电机母线电压的运行稳定性产生影响。电压波动、闪变，不仅会对电机及其他设备的正常运行产生影响，使电力设备无法达到预期的使用寿命；还会使电网中的电力系统无法保持正常运行状态。当电压波动、闪变问题过于严重时，还有可能引发严重的电力事故。

另外，电压在短时间内中断，也是一类不容忽视的电网故障，会对电能质量产生严重的影响。电压中断的过程中，电压均方根会在短时间内降低，甚至低至额定电压值的1%。如果电能质量出现问题，电压均方根骤然降低，就会出现电压中断现象。电压中断在电力系统中并不是异常情况，但是如果电压中断问题的出现频率较高，那么就会对电力供应质量产生影响^[3]。所以，必须要采取针对性的措施降低电压中断问题的出现几率。

三、电网谐波抑制技术

（一）降低谐波含量

要想对电网谐波的危害进行有效的抑制，需要将电子电力器件中的谐波含量予以降低处理。而要想降低电子电力器件中的谐波含量，可以对变流装置进行研究，并根据变流装置的实际情况，优化设计变流装置的结构，并将一些关键性防控措施融入到变流装置当中，达到谐波消除或者谐波减少的目的。而能够融入到变流装置中的关键性防控措施，主要包含两种：一种是脉宽调制整流器，另一种是多脉波变流技术。

首先，脉宽调制整流器的应用，需要在相应频率周期内，科学合理的调制等幅不等宽交流电压脉冲。然后，再以傅里叶级数展开式为支持，消除或者减少制定谐波，管理并控制基波幅值。对脉宽调制整流器的结构组成进行分析，其所有开关器件的控制都应当使用脉宽调制信号。只有这样，才能够为输入电流的稳定性提供保证。

其次，多脉波变流技术的应用，脉冲的数量与谐波的抑制效果有着决定性影响。在电网运行过程中，很多大型电力设备都会应用脉波变流器，通过增加脉波数量的方法，对谐波电流进行抑制^[4]。近几年来，电网中大型电力设备的脉波变流器脉波数量已经由传统的6个增加到12个或者24个，交流侧的谐波电流含量已经非常低。但是，如此多数量的脉波变流器，需要的整流变压器体积也非常大，结构复杂性也非常高。所以，整流变压器的生产成本与设计成本比较高，而这并不利于变流器保护、控制等工作的顺利开展。

（二）强化滤波性能

要想对电网谐波的危害进行有效的抑制，还需要强化滤波性能。针对滤波性能的强化，主要有三种方法。

首先，是安装无源电力滤波器，将电容和电抗器组合在一起，形成调谐电路。这样一来，就可以直接利用调谐电路，将一个并联低阻通路提供给电网中的谐波，进而达到强化滤波性能的目的。如果谐波回路的频率与某频率相接近，甚至一致，就可以将电网中这一频率的谐波进行有效的阻挡。电容还可以有效补偿无功功率，改善电网功率因数^[5]。但是，无源滤波装置存在结构方面的缺陷，其运行原理也不完善，所以在利用这一装置解决谐波问题的时候，还存在着很多问题。例如，虽然无源滤波装置可以有效滤除特定谐波，但是由于谐波的补偿频带宽度较小，所以相应的过载能力也受到了极大地限制。一旦系统出现阻抗与频率方面的变化，无源电力滤波装置将表现出明显的不适应性。

其次，是安装有源电力滤波器。这是未来一段时间电网谐波抑制技术发展的主流趋势，可以直接在补偿对象中检测谐波电流，之后再利用补偿装置产生一个大小相同，但方向却截然不同的电流。这样一来，电网电流中就只剩下基波分量，谐波也就被彻底的消除。

最后，是将静止无功补偿装置安装到电网侧。这样，既可以对谐波产生的无功功率进行补偿，又可以有效提高功率因数。而且，对静止无功补偿装置进行科学合理的安装，对装置中的电容和电感进行合理的设置，还可以在某次频率下产生谐振，使谐波被有效的滤除。

四、提高电能质量的策略

（一）抑制电压波动及闪变

分析电网电压产生波动、闪变问题的原因，虽然与负荷波动或者负荷冲击有关，但其根本原因依然是无功功率不平衡^[6]。所以，要想对电压波动、闪变问题进行有效的抑制，就必须要安装快速无功补偿装置，利用无功补偿技术来达到在短时间内控制电压波动、闪变问题的目的。

1.静止无功补偿技术

所谓静止无功补偿技术，其实就是在并联电容、电感的基础上，将传统的触电式开关替换成较大容量的晶闸管，以跟踪电网的无功波动状况，并根据实际需求自动、即时的控制在线补偿量。与其他无功补偿技术相比，静止无功补偿技术的应用，可以明显抑制电压波动、畸变以及不平衡等问题。

2.动态无功补偿技术

动态无功补偿技术的应用，不仅可以对长距离传输线路电压进行调节，实现输电线路功率传输能力的提高，还可以对电网电压波动进行抑制，对功率振荡进行抑制，更加可以提高输电系统的暂态稳定性。

3.静止同步补偿技术

这种技术的应用原理是对变换器技术加以利用，使其等效为能够被调控的电压源或电流源，进而通过控制电压源或电流源的相位、幅值来改善电网输送无功功率的情况。应用静止同步补偿技术，只需要调节变流器的输出电压，就可以有效控制输出的无功功率。所以，借助这种技术选择合适的储能电容器，就可以使变流器最大限度的达到电流容量的使用标准，并使电压闪变问题得到有效的控制。

4.综合并联补偿技术

所谓综合并联补偿技术，其实就是静止无功补偿技术与静止同步补偿技术的有机结合。不同的技术有着不同的适用情况。例如，静止无功补偿技术满载时，容量一定，所以处于低电压条件下的补偿功率明显降低^[7]。而静止同步补偿技术在满载状态下，补偿功率则相对较好，且在感性与容性区域方面表现出了突出的优势，不仅含有较少的电压谐波，速度还非常有保证。将这两种的技术优势进行综合，并进行合理的应用，既可以满足不同条件下的无功补偿需求，保证无功补偿的灵活性，又可以控制无功补偿过程中产生的成本消耗。

（二）防治电压短暂中断

针对电压短暂中断的防治，常见的方法主要有两种。一种是对动态电压进行调节，另一种是合理应用储能技术。

首先，在我国现代化电压补偿中，动态电压调节的应用最为广泛，强调通过在电网同用电设备之间设置电压源型变换器的方式来达到有效补偿电压的目的^[8]。即利用串联、并联或者串并结合的方式对动态电压进行科学合理的调节，从而在电压明显降低的时候，通过相应的电压补偿来满足电能的供应需求，维持电网运行的稳定性。

其次，储能技术的应用，也可以起到管理并控制电能质量的作用。即对电网中的储能设备或者电能转换进行严格的控制，提升电网管理的科学合理性。储能技术的应用优势为，可以在电网出现运行故障之后，直接利用紧急电源来保证电网供应的可靠性与稳定性。并且，储能技术的应用，还可以在控制电网电压的过程中保证电网电压的平稳性。

另外，超导储装置的应用，就是一种利用电磁场优势来实现储能的装置。而且，这种储能装置有着较快的放电速度和较长的使用寿命，能够应用到大型电网设备当中，对电网电能质量进行有效的调节。

五、结语

综上所述，电网中应用到的电子器件越多，产生的谐波问题也就越严重。如果谐波问题得不到有效的抑制，就会对电网的电能质量产生影响，并引起一系列电网故障。尤其是电压波动、闪变以及中断等问题的出现，会直接降低电网运行的稳定性。只有对电网谐波抑制技术进行合理的应用，并重点提高电能质量，才能够尽可能的保证电网环境的稳定性，为人们日常生产生活的顺利进行提供源源不断的电能资源。

参考文献：

[1] 张婷. 电网谐波抑制技术及提高电能质量的方法研究[J]. 山东工业技术,2019(2):213.

[2] 于龙飞,王天阔. 电网谐波抑制技术及提高电能质量的方法研究[J]. 中国战略新兴产业,2019(20):129. 

[3] 徐洋. 电网谐波抑制技术及提高电能质量的方法研究[J]. 电源技术应用,2013(1):35-36. 

[4] 徐洋. 电网谐波抑制技术及提高电能质量的方法研究[J]. 电源技术应用,2016,19(9):32-35. 

[5] 陈南春. 微电网中的电能质量问题及谐波抑制的研究[J]. 建筑工程技术与设计,2017(24):2501-2501.

[6] 许晓彦,石晴晴. 电力推进船舶电网提高电能质量方法研究[C]. //第五届中国电工装备创新与发展论坛——智能电网技术及其装备研讨会论文集. 2010:54-57. 

[7] 史帅彬,曾江,康文韬,等. 具有谐波抑制功能的电网电能质量最优控制方法[J]. 电源学报,2022,20(1):158-164.

[8] 王哲禹,魏文浩. 微电网电能质量与谐波抑制技术研究[J]. 南方农机,2019,50(6):183.