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[摘 要]非线性设备的大量应用使电力系统谐波的污染越来越严重。谐波抑制技术已然成为当前电力系统电能质量领域的研究热点之一。本文介绍了某地区电网谐波污染现状，分析了某地区电网谐波治理简单可行的方法，并通过Matlab进行仿真验证，简单介绍了谐波治理综合方案。
[关键词]电力系统；谐波治理；Matlab仿真
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0337-02
1 引言
谐波问题对电力系统和电力用户都很重要，涉及发、输、供、配、用电等各方面投资者、经营者、使用者的合法权益，谐波含量已经成为电力系统运行与管理水平的重要标志，影响着用户的生产效率和产品质量[1]。
相比欧美日等发达国家，某地区供电公司在谐波管理上还未实现精细化，在日常调度工作中，对谐波的监测和防治措施亦显不足。本文以某地区电网为立足点，浅析了某地区电网谐波治理方案。
2 某地区电网谐波现状
2.1 某地区电网概况
某地区电网110kV以下网络属于典型辐射状馈供网络。截止2014年底，全网220kV变电站25座，主变压器48台，总容量为8340MVA，110kV变电站78座，主变压器123台，总容量为584.75MVA，35kV变电站43座，主变压器79台，总容量为781.7MVA。220kV线路89条，总长度1475.1km，110kV线路155条，总长度为1529.29km，35kV线路162条，总长度为1112.97km。2014年某地区电网单日最大用电负荷3412.61MW。
2.2 电能质量国家标准
国家技术监督局颁布了公共电网谐波的国家标准： GB/T 14549-93《电能质量 公用电网谐波》； GB/T 24337-2009《电能质量 公用电网间谐波》。另外还颁布了 GB/T 19862-2005《电能质量监测设备通用要求》。上述技术标准是电能质量合格的依据[2-3]。
3 配网谐波治理措施
为了具体的、有针对性的研究谐波治理措施，本节以荷叶变10kVII段母线5次谐波电流超标的实例进行分析和计算，找出简单、有效、可行的治理措施。
3.1 荷叶变概况
如图1所示为荷叶变一次系统接线图。
荷叶变2号主变型号为SSZ10-31500/110，接线组别为Ynyn0/d11，电压比为（110±8*1.25%）/（37±2*2.5%）/10.5kV，空载电流0.15A，空载损耗20.38kW，负载损耗（满载）138.2kW，高压侧对中压侧短路阻抗为10.42Ω，高压侧对中压侧负载损耗137.5kW，高压侧对低压侧短路阻抗为17.9Ω，高压侧对低压侧负载损耗为138.2kW，中压侧对低压侧短路阻抗为6.42Ω，中压侧对低压侧负载损耗为122.3kW。
10kVII段母线电容器型号为：BFM11/√3-100-1W，每相由4个电容器并联，然后按照三角形接线并入電网。电容器组无功补偿容量为5Mvar，电压为11/√3kV，采用6%电抗率的电抗器。
根据谐波检测结果，高姿变10kVII段母线5次谐波电流源大小为40A，国标限值为30.4A，10kVI段母线谐波不超标。
2号主变高压侧负荷29.86MVA，中压侧负荷16.56MVA，低压侧负荷14.84MVA；1号主变高压侧负荷34.52MVA，中压侧负荷22.36MVA，低压侧负荷13.89MVA。
系统最大运行方式下：110kV母线系统阻抗为0.0674Ω，35kVII段母线系统阻抗为0.3057Ω，10kVII段母线系统阻抗为0.445Ω。
3.2 电力滤波器的选择
当前电力谐波治理的主流方法有两种：无源电力滤波器和有源电力滤波器。但是有源电力滤波器投资成本高，运行维护成本高，同时其在滤除谐波的同时会向电网注入一定量的其他谐波。
针对某地区电网的谐波以5、7次谐波电流为主的特点，可以选择合适的单调谐电力滤波器来滤除特定次数谐波，其对特定次数的谐波滤波效果明显，投资低，运行维护方便等特点，成为工程应用的首选方案。
单调谐电力滤波器技术已经相当成熟，在大型的电力用户中已有成功的应用，如丹阳龙江钢铁。
3.3 单调谐电力滤波器设计
3.3.1 参数选择方法
在当前实际工程环境下，单调谐电力滤波器参数的选择主要取决于其补偿实施方法的选择，方法一：在10kV母线上单独配置单调谐电力滤波器；方法二：将10kV电力电容器改造成单调谐电力滤波器。
方法一中滤波器参数的选择时，考虑到新增加的单调谐滤波器具备无功功率补偿功能，为了防止无功的过度补偿，采用最小补偿容量法来确定其参数。方法二中滤波器参数的选择具有唯一性，因为电力电容器的参数已经固定，然而方法二最大的缺点是无功补偿和谐波滤除功能捆绑在一起，不能灵活运用。
故应该采用方法一：在10kV母线上单独配置单调谐电力滤波器，采用最小补偿容量法来确定参数。
3.3.2 参数计算
在工程实际应用中，为了简化单调谐电力滤波器的电力电容器主要谐波允许电流的计算方法，一般采用近似算法，5次谐波电流允许值不应超过0.38 IN[4]。
故有I5=0.38IN。
为了保证单调谐电力滤波器有足够的滤波容量，同时兼顾电力系统发展的需要，在设计时取I5=40A，品质因数q=60，则IN=105.26A。
故，设计的单调谐电力滤波器补偿容量为2Mvar，C=29.24μF，L=13.87mH，R=0.363Ω[5]。
3.3.3 仿真验证
使用Matlab仿真平台对设计的单调谐电力滤波器进行仿真验证，如图2所示。图中三个单相电流源组成5次谐波电流源。
单调谐电力滤波器投入前与投入后，10kV母线A相的5次谐波电流对比图，如图3所示。图3中左图为单调谐电力滤波器投入前，基波电流为1005A，而5次谐波电流含量为2.19%，图3中右图为单调谐滤波器投入运行后，基波电流为1062A，而5次谐波电流含量为0.04%，总谐波电流含量降为0.15%。
设计的单调谐电力滤波器的滤波效果非常明显。
4 配网谐波治理方案
从地区电网的实际出发，考虑某地区电网为辐射状馈供网络的实际情况，电能质量采用“分层分区治理”的原则，同时兼顾治理方案的经济性、合理性和可行性。
从地区电网长远发展的角度，应建立地区电网电能质量在线监测系统，实时检测电网电能质量，并发出告警[6]。
在污染严重的10kV或35kV母线上安装合适的LC无源滤波器，既满足了当前5次、7次谐波电流的需求，也满足了未来一定时间内随着网络和用户负荷变化而出现的潜在威胁。
加强非线性负荷的管理。在非线性负荷接入电网供电前，按规定检测其对公共电网产生的影响。如果不符合标准时，要求采取有效的治理措施。
5 结束语
本文从电力调度的角度阐述了某地区电网谐波治理的初步方案，谐波治理需要从长远的角度，考虑各种因素，得出综合方案，还需要进行各种后续研究工作。
作者简介
张 琪（1985- ），男，硕士毕业，湖北仙桃人，电力调度技师、工程师，主要从事电力调控运行。
[关键词]电力系统；谐波治理；Matlab仿真
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0337-02
1 引言
谐波问题对电力系统和电力用户都很重要，涉及发、输、供、配、用电等各方面投资者、经营者、使用者的合法权益，谐波含量已经成为电力系统运行与管理水平的重要标志，影响着用户的生产效率和产品质量[1]。
相比欧美日等发达国家，某地区供电公司在谐波管理上还未实现精细化，在日常调度工作中，对谐波的监测和防治措施亦显不足。本文以某地区电网为立足点，浅析了某地区电网谐波治理方案。
2 某地区电网谐波现状
2.1 某地区电网概况
某地区电网110kV以下网络属于典型辐射状馈供网络。截止2014年底，全网220kV变电站25座，主变压器48台，总容量为8340MVA，110kV变电站78座，主变压器123台，总容量为584.75MVA，35kV变电站43座，主变压器79台，总容量为781.7MVA。220kV线路89条，总长度1475.1km，110kV线路155条，总长度为1529.29km，35kV线路162条，总长度为1112.97km。2014年某地区电网单日最大用电负荷3412.61MW。
2.2 电能质量国家标准
国家技术监督局颁布了公共电网谐波的国家标准： GB/T 14549-93《电能质量 公用电网谐波》； GB/T 24337-2009《电能质量 公用电网间谐波》。另外还颁布了 GB/T 19862-2005《电能质量监测设备通用要求》。上述技术标准是电能质量合格的依据[2-3]。
3 配网谐波治理措施
为了具体的、有针对性的研究谐波治理措施，本节以荷叶变10kVII段母线5次谐波电流超标的实例进行分析和计算，找出简单、有效、可行的治理措施。
3.1 荷叶变概况
如图1所示为荷叶变一次系统接线图。
荷叶变2号主变型号为SSZ10-31500/110，接线组别为Ynyn0/d11，电压比为（110±8*1.25%）/（37±2*2.5%）/10.5kV，空载电流0.15A，空载损耗20.38kW，负载损耗（满载）138.2kW，高压侧对中压侧短路阻抗为10.42Ω，高压侧对中压侧负载损耗137.5kW，高压侧对低压侧短路阻抗为17.9Ω，高压侧对低压侧负载损耗为138.2kW，中压侧对低压侧短路阻抗为6.42Ω，中压侧对低压侧负载损耗为122.3kW。
10kVII段母线电容器型号为：BFM11/√3-100-1W，每相由4个电容器并联，然后按照三角形接线并入電网。电容器组无功补偿容量为5Mvar，电压为11/√3kV，采用6%电抗率的电抗器。
根据谐波检测结果，高姿变10kVII段母线5次谐波电流源大小为40A，国标限值为30.4A，10kVI段母线谐波不超标。
2号主变高压侧负荷29.86MVA，中压侧负荷16.56MVA，低压侧负荷14.84MVA；1号主变高压侧负荷34.52MVA，中压侧负荷22.36MVA，低压侧负荷13.89MVA。
系统最大运行方式下：110kV母线系统阻抗为0.0674Ω，35kVII段母线系统阻抗为0.3057Ω，10kVII段母线系统阻抗为0.445Ω。
3.2 电力滤波器的选择
当前电力谐波治理的主流方法有两种：无源电力滤波器和有源电力滤波器。但是有源电力滤波器投资成本高，运行维护成本高，同时其在滤除谐波的同时会向电网注入一定量的其他谐波。
针对某地区电网的谐波以5、7次谐波电流为主的特点，可以选择合适的单调谐电力滤波器来滤除特定次数谐波，其对特定次数的谐波滤波效果明显，投资低，运行维护方便等特点，成为工程应用的首选方案。
单调谐电力滤波器技术已经相当成熟，在大型的电力用户中已有成功的应用，如丹阳龙江钢铁。
3.3 单调谐电力滤波器设计
3.3.1 参数选择方法
在当前实际工程环境下，单调谐电力滤波器参数的选择主要取决于其补偿实施方法的选择，方法一：在10kV母线上单独配置单调谐电力滤波器；方法二：将10kV电力电容器改造成单调谐电力滤波器。
方法一中滤波器参数的选择时，考虑到新增加的单调谐滤波器具备无功功率补偿功能，为了防止无功的过度补偿，采用最小补偿容量法来确定其参数。方法二中滤波器参数的选择具有唯一性，因为电力电容器的参数已经固定，然而方法二最大的缺点是无功补偿和谐波滤除功能捆绑在一起，不能灵活运用。
故应该采用方法一：在10kV母线上单独配置单调谐电力滤波器，采用最小补偿容量法来确定参数。
3.3.2 参数计算
在工程实际应用中，为了简化单调谐电力滤波器的电力电容器主要谐波允许电流的计算方法，一般采用近似算法，5次谐波电流允许值不应超过0.38 IN[4]。
故有I5=0.38IN。
为了保证单调谐电力滤波器有足够的滤波容量，同时兼顾电力系统发展的需要，在设计时取I5=40A，品质因数q=60，则IN=105.26A。
故，设计的单调谐电力滤波器补偿容量为2Mvar，C=29.24μF，L=13.87mH，R=0.363Ω[5]。
3.3.3 仿真验证
使用Matlab仿真平台对设计的单调谐电力滤波器进行仿真验证，如图2所示。图中三个单相电流源组成5次谐波电流源。
单调谐电力滤波器投入前与投入后，10kV母线A相的5次谐波电流对比图，如图3所示。图3中左图为单调谐电力滤波器投入前，基波电流为1005A，而5次谐波电流含量为2.19%，图3中右图为单调谐滤波器投入运行后，基波电流为1062A，而5次谐波电流含量为0.04%，总谐波电流含量降为0.15%。
设计的单调谐电力滤波器的滤波效果非常明显。
4 配网谐波治理方案
从地区电网的实际出发，考虑某地区电网为辐射状馈供网络的实际情况，电能质量采用“分层分区治理”的原则，同时兼顾治理方案的经济性、合理性和可行性。
从地区电网长远发展的角度，应建立地区电网电能质量在线监测系统，实时检测电网电能质量，并发出告警[6]。
在污染严重的10kV或35kV母线上安装合适的LC无源滤波器，既满足了当前5次、7次谐波电流的需求，也满足了未来一定时间内随着网络和用户负荷变化而出现的潜在威胁。
加强非线性负荷的管理。在非线性负荷接入电网供电前，按规定检测其对公共电网产生的影响。如果不符合标准时，要求采取有效的治理措施。
5 结束语
本文从电力调度的角度阐述了某地区电网谐波治理的初步方案，谐波治理需要从长远的角度，考虑各种因素，得出综合方案，还需要进行各种后续研究工作。
作者简介
张 琪（1985- ），男，硕士毕业，湖北仙桃人，电力调度技师、工程师，主要从事电力调控运行。