钢铁企业电网谐波治理研究

摘 要： 在电网中，非在电线性、不平衡用电特性的负荷的产生会引发谐波问题。尤其在现阶段电力电子技术发展迅速，该类用电负荷不断增多，谐波污染问题也越发严重，不仅降低了供电质量，更影响了用户的用电安全，因此在现阶段需要加强对谐波污染治理方法的研究分析。因此文章先对钢铁企业电网中谐波产生的影响因素以及谐波的危害进行了分析总结，然后进一步探讨了治理斜坡的相关措施和策略，其中有源电力滤波器作为最为有效的方法之一，能够有效抵消负载的无功及低次谐波成分，进而起到谐波治理的目的，在现阶段得到了广泛应用。

关键词：钢铁企业；有源滤波器；治理措施 引言

在钢铁企业企业日常生产中，中频炉、电弧炉等在运行中都会产生谐波，并且会电网系统造成严重污染，影响钢铁企业内部电网质量和供电的可靠性。如果谐波危害没有得到有效治理，极易引发质量问题和安全事故。因此在当下钢铁企业生产管理中需要重视对谐波污染治理方面的研究，明确谐波的来源、危害，并结合钢铁企业实际情况制定和选择合理的抑制方法，将谐波影响降至最低，确保钢铁企业生产的稳定安全。

一、产生谐波的影响因素

1、出现电弧的设备。炼钢厂的精炼炉、交流弧焊机等设备在运行过程中，会产生高次谐波。

2、扎钢生产中所应用到的各类传动设备，例如变频器、逆变器等等，由于其属于非线性电气设备，传动装置主要由部分截起电源正弦波来进行控制，因此其电流波不属于标准正弦波，而是融入了高次谐波，这就会导致自谐波的产生。

3变压器、电抗器等设备，由于具备铁磁饱和性，因此在运行中也会出现谐波。非线性设备在运行中所出现的谐波具体包括稳定性和变化性谐波两类。前者的斜坡服务度并不会因为时间而出现改变，主要受设备的恒定负载影响，比如显示设备、仪表等等；而后者则会因为时间而出现改变，多出现在激光打印机、微波炉的设备之中。

二、产生谐波的危害

斜坡的存在会导致电网电压失真，同时还会额外增加电能损耗。谐波电流在进入到电网后，电网阻抗会因此而出现谐波压降，并与电网基波进行叠加，最终引起电压畸变，降低供电质量。如果谐波电流在公用电网中的值超过一定程度后，会严重损害电网和相关用电设备。

1、造成电网系统的电压畸变由于谐波电流流入系统，导致谐波电压出现，进而引发电压畸变。波电流会导致发电机在运转过程中，定子转子的损耗加剧，温度迅速提高，严重影响发电机的输出功率。对于异步电动机，斜坡的产生会降低切功率因数；而对于对于直流电机，谐波电流的存在则会影响整流和换向。

2、不利于继电保护装置以及自动控制装置的稳定运行。谐波电流的出现，对于继电保护以及自动装置不良影响非常大，这是由于该类装置以负序(基波)量为基础，按负序(基波)量整定的保护装置，灵敏度非常高，整定值也相对较小。如果受到谐波的干扰，非常容易出现保护误动，一旦因此而出现跳闸，极易引发严重后果。除此以外还会造成变电站主变的复合电压启动过电流保护装置负序电压元件误动，母线保护的线路各种型号的距离保护、高频保护、故障录波器、自动准同期装置等发生误动，对电力系统的稳定安全运行造成严重影响。

3、电力计量装置在设计过程中都是采用50 Hz正弦波标准，一旦产生谐波，其实就会反映在电压或者电流之中，进而影响感应式电能表的正常计量。由于斜坡所产生的电能消耗会影响线性负荷的性能并增加电费成本。当电力线路中通过大幅值奇次频谐波电流时，比如3、5、7、11等幅值，就会在相邻电力通信线路中出现干扰电压，影响通讯信号的正常传输，损害通话质量。并且受谐波和基波

的共同影响，在某些极端条件下，甚至还会引发安全事故，破坏通信设备，影响工作人员的人身安全。

三、产生谐波的治理措施

1、增加换流装置的相数。作为最主要的谐波源，换流装置在其交流侧与直流侧产生的特征谐波次数分别为PK±1和PK(P为整流相数或脉动数，K为正整数)。在脉动数由6提高到12时，能够将大幅值低频项进行一定程度的消除，其特征谐波次数分别为12k±1和12K，这样就能够减小谐波电流的影响。

2、配置动态无功补偿装置。通过该方法能够促进电力系统的抗谐波干扰能力。综合对比技术和经济条件，将无功补偿装置安装在谐波产生区域；静止无功补偿装置或者同步补偿装置，能够迅速补偿在发生负荷变动时的无功需求，这就能够将谐波电流、电压不平衡度等的影响得到有效减低，提高功率因数，增强系统对于谐波的承受能力。

3、配置交流滤波装置。该装置能够吸收谐波电流，降低谐波电压，有效控制谐波污染。由于在串联谐振状态下，阻抗值相对较小，滤波装置由R、L、C等元件组成串联谐振电路，这样就消除5、7、11等高次谐波。

4、避免电容器组并联放大谐波。将电容器组并联，能够对无功功率因数进行有效的改善。但是在产生谐波时，其也会放大谐波信号，进一步增加谐波的危害，对电容器和电气设备的安全运行造成不良影响。所以在此情况下需要改并联为串联，这样就能够避免谐波放大而加剧不良影响。但是利用电抗器通低频阻高频的特点，可以在一定程度上平抑高次谐波，对频率较低的谐波不是很理想，而且能明显抑制谐波的电抗器体积比较大，能量消耗也十分惊人，所以一般只是加一定程度的电抗器，使负载（如电机）基本可以运行即可。

5、通过有源电力滤波器来治理谐波。有源滤波装置并联在电网系统中，通过外部电流互感器( CT) 实时采集电流信号； 通过内部检测电路分离出其中的谐波部分，由数字信号处理器( DSP) 产生的控制信号控制绝缘栅双极型晶体管，IGBT 逆变产生与系统中的谐波大小相等、方向相反的补偿电流 Ig 并注入系统，

从而将电源侧电流补偿为正弦波，达到滤除谐波的目的。LC无源滤波器在运行过程中至能够对固定频率谐波进行吸收，但是有源电力滤波器(APF)能够根据电流频率的变化情况展开动态无功补偿。其在具体应用中根据接入电网的方式，其被分成串联和并联两类，其中尤其以并联电压逆变器应用最为广泛，是现阶段最为常用的谐波治理方法之一。同时随着现阶段对于谐波治理要求的提升，为了降低成本和缩小容量，提高有源滤波器的适用性和应用效果，又研发出了串并联混合的有源滤波器。即有源滤波器APF和无源滤波器PPF构成混合滤波系统HPFS，用PPF滤除谐波电流，再用APF来改善滤波效果，并抑制串联谐振的发生。

图1有源电源滤波器示意图 结束语：

在冶金生产过程中，电子电器设备的应用逐渐增多，其中包括了各类非线性负荷的电气设备的应用，导致谐波干扰严重。常规抑制措施有助于减少谐波影，但效果较差。有源滤波器的广泛应用，尤其是与无源滤波器相结合使用后， 抑制了其谐波对电力系统的危害， 提高了电网的电能质量， 在降低波形畸变率的同时， 确保了电网和用电设备安全、稳定、可靠运行， 无功功率补偿显著， 并降低了能耗，提高电能质量。

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