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大容量變流設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，電力系統(tǒng)中的電壓與電流波形發(fā)生畸變，不僅降低了電能質(zhì)量，而且影響到電力系統(tǒng)的正常運行，因此針對電力系統(tǒng)的諧波治理與無功補(bǔ)償技術(shù)，不僅可以提升供電設(shè)備運行的穩(wěn)定性與工作效率，而且可以在保證供電質(zhì)量的前提下降低供電成本，所以有著重要的現(xiàn)實意義。本文就針對電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償技術(shù)與諧波抑制策略進(jìn)行分析。

1 諧波的產(chǎn)生與危害

1.1 諧波的產(chǎn)生

具體而言，諧波是由諧波電流源產(chǎn)生的。在正弦電壓施加于非線性負(fù)荷條件下，電流就會變換為非正弦波，而負(fù)荷連接電網(wǎng)，相應(yīng)的電網(wǎng)中就會注入非正弦電流，在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，最終形成非正弦波，受其影響，電壓與電流的波形均會產(chǎn)生畸變。由此可知，電網(wǎng)的諧波源主要來自于非線性負(fù)荷。在電力系統(tǒng)中，諧波源的種類大概可以分為三種，一種為半導(dǎo)體非線性負(fù)載，包括各種整流設(shè)備、交直流換流設(shè)備、相控調(diào)制變頻器、其它節(jié)能電力電子設(shè)備與控制設(shè)備等；另外一種為磁飽和非線性負(fù)載，主要來自于變壓器、發(fā)電機(jī)以及電抗器等設(shè)備；還有一種為電弧非線性負(fù)載，主要來自于各種氣體放電燈、冶金電弧爐以及直流電弧焊等。之前由于電力電子設(shè)備的應(yīng)用不如現(xiàn)在這么廣泛，因此磁飽和非線性負(fù)載以及電弧非線性負(fù)載為主要的諧波源，但是隨著電子電力設(shè)行的應(yīng)用越來越廣泛，半導(dǎo)體非線性負(fù)載逐漸成為最主要的諧波來源。

1.2 產(chǎn)生諧波的主要原因與諧波危害

多種因素均可導(dǎo)致諧波的產(chǎn)生，不過常見的有兩種，即由于非線性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波，另外一種則是由逆變負(fù)荷產(chǎn)生的諧波，前一種負(fù)荷包括可控硅整流器以及開關(guān)電源等，這種負(fù)荷所產(chǎn)生的諧波頻率通常是工頻頻率的整數(shù)倍，比如三相六脈波整流器主要產(chǎn)生5次、7次諧波，三相十二脈波整流器主要產(chǎn)生11次與13次諧波；而后一種負(fù)荷除了產(chǎn)生整數(shù)次諧波外，還會產(chǎn)生分?jǐn)?shù)諧波，其頻率為逆變頻率的兩倍，比如中頻爐采用三相六脈波整流器，其工作頻率為820Hz，不僅會產(chǎn)生5次、7次諧波，而且還會產(chǎn)生分?jǐn)?shù)諧波，其頻率為1440Hz。

在電力系統(tǒng)日常運營過程中，發(fā)電機(jī)與變壓器均會產(chǎn)生諧波，所以可以說有電網(wǎng)就有諧波，但是隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，越來越多的用電設(shè)備均會產(chǎn)生大量的諧波，而且電網(wǎng)中的并聯(lián)電容器會進(jìn)一步將諧波放大，加重了諧波的危害。具體而言，諧波的危害主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，對變壓器造成損害，諧波電流會增加變壓器的銅損、漏磁損以及鐵損等，而且會導(dǎo)致變壓器工作噪音與溫度升高；第二，諧波電流會導(dǎo)致電纜過熱過載，對導(dǎo)體絕緣體產(chǎn)生損害，并且高頻諧波可能會導(dǎo)致集膚效應(yīng)，從而造成電纜額定載流降低，增加銅損；第三，諧波會對表計的計量精度產(chǎn)生不利影響，這是因為諧波源會吸收電網(wǎng)中一部分電能，將其轉(zhuǎn)換為諧波發(fā)送致電網(wǎng)中，此時電能表會誤認(rèn)為該諧波能量為發(fā)電量加以計算，最終出現(xiàn)計量誤差；此外，如果高次諧波比較嚴(yán)重，會對電能表的計量精度產(chǎn)生嚴(yán)重影響，出現(xiàn)無原因丟電問題，此時機(jī)械式電能表就會因為高頻率諧波產(chǎn)生的高頻渦流阻力而變慢；第四，諧波會對精密電子設(shè)備、儀器產(chǎn)生干擾，嚴(yán)重的話能會損毀設(shè)備；第五，諧波會增加電網(wǎng)中所有連接設(shè)備的損耗，增加溫度，尤其是有些設(shè)備包含電容器，影響更為明顯，有可能會造成電容器爆炸事故或者損壞設(shè)備等問題；第六，受諧波電流的影響會出現(xiàn)電壓畸變的情況，電壓過零點漂移，從而線電壓之間的位置點發(fā)生改變，最終導(dǎo)致控制系統(tǒng)判斷失誤。

2 電力系統(tǒng)中諧波的抑制措施

電力系統(tǒng)中抑制諧波的主要措施包括以下幾種：

2.1 增加換流裝置系數(shù)

電力系統(tǒng)中最主要的諧波源來自于換流設(shè)備，根據(jù)相關(guān)理論分析可知，如果換流設(shè)備脈動數(shù)有所增加，則環(huán)流設(shè)備在直流側(cè)與交流側(cè)所產(chǎn)生的特征諧波次數(shù)或以將較大幅值的低頻項有效清除，從而大幅降低諧波電流的有效值。

2.2 濾波法

為了從根本上實現(xiàn)對電氣設(shè)備的保護(hù)，將諧波對電力系統(tǒng)的影響降低最小程度，就要從源頭上控制諧波的產(chǎn)生，防止其諧波源產(chǎn)生諧波電流，從而降低諧波的電壓。可以通過主動防御與被動防御兩種辦法來防止諧波所帶來的危害，所謂被動防御是指在出現(xiàn)諧波后采取無緣濾波法將諧波的危害降至最低；而主動防御則是采取有源濾波法，其主要原理是通過關(guān)斷電子器件所產(chǎn)生和復(fù)合電流中的諧波電流分量相位相反、大小相等的電流，從而消除諧波。

現(xiàn)階段大多數(shù)電氣設(shè)備中所采用的均是LC無源濾波器，其可以有效的吸收高次諧波，而且可以對負(fù)載功率的因素進(jìn)行明顯改善，不過LC無源濾波器也存在以下幾個方面的不足：首先，受調(diào)諧偏移及存在殘壓電阻等問題的影響，調(diào)諧濾波器不可能實現(xiàn)阻抗為零，一旦其阻抗發(fā)生變化就會對濾波的效果產(chǎn)生影響，并且濾波器還有可能會出現(xiàn)過負(fù)荷的問題；其次，隨著電源側(cè)的諧波增加發(fā)生源，濾波器很可能發(fā)生過載現(xiàn)象；此外，如果LC濾波電路過多，則很難實現(xiàn)高次諧波電流的平衡流入。

相比這下，由于在有源濾波法中，會關(guān)斷電力電子器件，其所產(chǎn)生的反諧波電流可以將諧波電流所帶來的影響抵消掉，因此可以彌補(bǔ)上述無源濾波法的不足之處，具體而言，有源濾波法的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，系統(tǒng)抗阻等因素不會對高次諧波電流源產(chǎn)生影響；其次，不會出現(xiàn)共振的問題，因此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不會影響到補(bǔ)充效果；再次，相對于無源濾波法而言，有源濾波法只需一臺關(guān)斷電力電子設(shè)備即可實現(xiàn)各諧波的補(bǔ)償，其工作原理方面占據(jù)優(yōu)勢；此外，由于關(guān)電子設(shè)備自身可以限制輸出，因此即使高次諧波量有所增加，元件也不會發(fā)生過載問題。

3 無功補(bǔ)償技術(shù)分析

3.1 補(bǔ)償方式

在無功補(bǔ)償技術(shù)中，常用的補(bǔ)償方式包括以下幾種：第一，動態(tài)補(bǔ)償與靜態(tài)補(bǔ)償相結(jié)合，由于電力系統(tǒng)中負(fù)載的類型越來越復(fù)雜，相應(yīng)的電網(wǎng)對無功補(bǔ)償?shù)囊笠苍絹碓礁撸绻麅H采用靜態(tài)補(bǔ)償?shù)姆椒ê茈y滿足電網(wǎng)的運行需求，因此需要與動態(tài)補(bǔ)償技術(shù)相結(jié)合，以適應(yīng)負(fù)載的變化。第二，分相補(bǔ)償與三相共補(bǔ)相結(jié)合。電力系統(tǒng)中諸如照明設(shè)備以及電子設(shè)備等新設(shè)備均為兩相供電，因此電網(wǎng)中三相不平衡的問題越來越突出，僅通過三相共補(bǔ)同投同切等措施無法解決該問題，而全部采用單相補(bǔ)償則會增加成本，因此必須根據(jù)負(fù)載的實際情況，選擇更為經(jīng)濟(jì)的共分結(jié)合的方法。第三，快速跟蹤補(bǔ)償與穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償相結(jié)合，可以說該無功補(bǔ)償方式為未來發(fā)展的大趨勢，主要對象針對一些大型的鋼鐵企業(yè)，其波動大、負(fù)載變化速度快，并且用電量大、工藝復(fù)雜，因此可以將無功補(bǔ)償?shù)淖饔贸浞职l(fā)揮出來。采用這種補(bǔ)償方法，不僅可以降低損耗、節(jié)約能源、提高度功率，而且可以將設(shè)備的工作容量充分利用起來，提高設(shè)備的工作效率，從而提高質(zhì)量與產(chǎn)量。

3.2 采用智能型無功控制

可以利用電流信號與三相電壓對電力系統(tǒng)中無功補(bǔ)償?shù)淖兓M(jìn)行全程跟蹤，其中無功功率為物理量，投切時采用用戶設(shè)定好的功率因數(shù)為參考限量，基于模糊控制理論來選擇電容器的組合，智能投切的主要對象是針對星一角的結(jié)合情況。需要注意的是，必須根據(jù)配電系統(tǒng)的每相無功功率智能選擇電容器的組合，在投入電網(wǎng)過程中要遵循取平補(bǔ)齊的原則，從而實現(xiàn)對電容器的智能控制，提高無功補(bǔ)償?shù)木人健?

3.3 集成綜合配電監(jiān)測功能

相對而言，該功能是一套比較完整的運行參數(shù)測量機(jī)構(gòu)，其具備通信、記憶以及測量功能，對于低壓配電網(wǎng)而言，可以利用該方法考克單元線損。其可以為工作人員提供及時的、實時的運行數(shù)據(jù)，保證電網(wǎng)運行的經(jīng)濟(jì)性與安全性，因此是配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)建設(shè)過程中必不可少的基礎(chǔ)組成部分。

3.4 集成電壓監(jiān)測與在線諧波監(jiān)測

集成電壓監(jiān)測是參照按壓監(jiān)測儀的標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計與采樣，用戶可以以此為根據(jù)考核電壓的合格率；而對于集成在線諧波監(jiān)測而言，其中央處理器可以采用DSP，利用FFT快速傅里葉算法，將相關(guān)配電參數(shù)精確的測量并計算出來，包括無功電量、有功電量、功率因數(shù)以及電流、電壓等，并能具備諧波的監(jiān)測功能。

3.5 通信與模塊式結(jié)構(gòu)

一些終端會將設(shè)備的持續(xù)性使用等因素考慮進(jìn)來，因此其接口根據(jù)實際需要采用標(biāo)準(zhǔn)的RS485、RS232，實現(xiàn)與配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合。在模塊化設(shè)計結(jié)構(gòu)中，其將保護(hù)集成、投切開關(guān)、電容器等集成于同一個單元中，形成多種容量規(guī)格的單元，其應(yīng)用范圍相對較廣。模塊式結(jié)構(gòu)最大的特點是實現(xiàn)功能與結(jié)構(gòu)的模塊化管理，不僅可以滿足不同用戶的不同需求，而且現(xiàn)場的調(diào)修與維護(hù)也非常方便。