變電站的諧波抑制和無功補償方法研究

摘 要：電力電子技術的不斷發展導致大量的諧波涌入公共電網，嚴重損害了電力用戶的利益，危害電力系統的安全穩定運行。文章主要對幾種常見的諧波抑制方法進行了分析、對比，還介紹了一些無功補償的有效手段以及方法研究，對促進我國諧波補償技術發展，提高電網的電能質量具有重要的作用。

關鍵詞：諧波抑制；無源濾波器；有源濾波器

中圖分類號：TM761.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）15-0089-02

隨著科技與經濟的高速發展，電網日趨復雜，電力電子技術的創新與各式各樣的電力電子裝置的廣泛應用，給人們的生活帶來了方便。但是使用這些設備的同時，它們所產生的諧波對電網電能的污染日益嚴重，不但危害電力系統的穩定、安全，還會對居民用電設備造成安全危害。而且大量的無功功率在電網中存在，嚴重降低了電能質量，影響電力系統穩定。電力電子設備已經成為當前電網最主要的諧波源。

1 無功補償原理

諧波源主要可以分為兩大類：含有電弧和鐵磁的非線性設備；另外就是非線性元件的電力電子設備。這些諧波可以產生的危害包括：設備產生附加的諧波損耗，從而導致供電設備和用電設備的效率大大降低；影響設備正常工作，加速老化縮短壽命；引起局部電網諧波放大；導致一些電氣設備的誤動作。

在交流電路中，電網所能提供給負載的電功率是有功功率和無功功率這兩種。有功功率是扶著讓設備能夠正常運作的功率，設備可以將電能轉化為其他形式的能量。電氣設備中電容、電感等元件在工作時需要電功率來建立磁場，這個功率就是無功功率。純電阻元件中負載電流與電壓同相位，純電容負載中電流超前電壓90°，純電感負載中電流滯后電壓90°，簡單的說就是純電容中電流與純電感中的電流相位差是180°，可以相互抵消。無功補償就是為了把具有感性功率負荷容與性功率負荷的設備并聯在同一電路中，可以實現讓能量在兩種負荷之間相互的交換。容性負荷輸出地無功功率可以用來補償給感性負荷所需要的無功功率，從而能夠達到補償的目的。通過無功補償的方法可以電網中諧波電流和諧波電壓的消除，使電網中的電流和電壓呈現規律的正弦波，且電壓和電流同步，避免諧波對電力系統的損害。通過諧波處理，電網中的無功分量被消除，維護了公共電網電能的純潔。諧波的抑制方法主要從兩個方面著手，首先是從諧波產生的源頭，采用先進的電力電子器件，盡量減少諧波的產生；其次，從諧波補償的角度入手，采用無源濾波器、有源濾波器等諧波補償裝置，實現對電網中諧波分量的補償。我國的諧波抑制裝置起步較晚，因此國內大部分市場都被國外產品占據。無源濾波器的發展較早，技術較為成熟，但是由于其存在的缺陷，無法適應復雜電網環境，因此，努力發展新型有源電力濾波器，實現諧波的自適應補償。

2 諧波抑制方法及特點

電力系統中，理論的電壓電流波形應該是工頻的正弦波，但是實際波形會有不同程度的畸變，高于50 Hz的電壓電流成分我們稱之為諧波。目前針對諧波抑制的方法主要采用：加裝無源濾波器、有源濾波器、綜合潮流控制器這三種方法。無功補償的作用：提高功率因素；提高設備有功出力；減少供電變壓器容量；減少線路電壓降；減少電網線路損耗；降低電網的功率損耗。

①加裝無源濾波器是目前電力系統應用最廣泛的方法。采用電容、電感和電阻元件組成濾波電路，對部分頻率進行調整合成阻抗為零，使得諧波電流流向濾波器，阻止其流入電網。無源濾波器與諧波源并聯，不但濾波而且還有無功補償的效果。無源濾波器可分為單調諧、雙調諧以及高通濾波器等幾種。一般常用單調諧濾波器和高通濾波器構成濾波裝置。寬頻帶范圍下，高通濾波器表現為低阻抗，可以形成較高諧波的低阻抗通路，致使諧波大部分電流流入高通濾波器，實現濾波。無源濾波器結構簡單，但是濾波效果一般，而且特殊頻率下易出現諧振過電壓、諧波放大的現象，它的濾波效果與實際電網運行狀況有很強的關聯性。靜止無功發生器是電力系統的一種先進的無功補償靜止型裝置，即靜止無功發生器。該裝置可以實現無功補償的方式是通過把電網與自換相橋式變流器直接進行并聯，也可以通過使用電網與電抗器并聯，當逆變器脈寬沒有任何改變保持恒定的狀態中，通過調節逆變器輸出的系統電壓和電壓之間產生的夾角，就可以實現對無功功率及其逆變器直流側電壓進行調節的功能。當夾角與逆變器脈寬處于恒定的情況下，就可以按照自己的所需對無功功率進行發出或吸收。最突出的是在電壓較低的情況下，仍然可以將較大的無功電流注入進系統內，靜止無功發生器對于控制信號的反應速度極快，而且不受通斷次數的影響，當電壓發生變化時，靜止無功發生器則可以通過快速的調節，從而滿足無功補償的條件。當然，正是由于靜止無功發生器所具備的這些優勢，決定其必須要有復雜的控制方法及控制系統，還需要采用大容量的全控器件，并且全控器件的數量也要多。正是因為他的材料和成本比較昂貴，盡管其功能很強大，但是不能被廣泛的普及使用。

②有源濾波器實際上它是一種大功率波形發生器，實時檢測諧波源的狀態，完整的復制出諧波狀態，在反向發送到諧波入網點，并且后續諧波跟隨原諧波的變化而變化，達到抵消原諧波，實時對原諧波起抵消作用。該裝置主要適用于諧波動態抑制，進行無功補償。從補償對象中檢測出諧波電流，并且由補償裝置產生一個與該諧波極性相反，但是電流大小卻同等的補償電流，從而可以消去諧波的同時補償無功，可實現實時無功補償，且具有高度可控性和快速響應性。它有如下優點：對頻率不斷發生變化，大小不斷改變的諧波以及其不斷變化的無功功率同時進行補償，補償反應速度極快，且可以連續調節，跟蹤電網頻率變化，即使補償對象電流過大，也能正常發揮作用，還不會發生諧振問題。補償諧波時所需要的存儲元件容量較小，受電網電阻影響也不大。相對來說是比較適合且經濟的裝置。有源濾波器的濾波效果比較好，但是技術比較難，而且成本費用也高，其次它不適合于高壓系統中。因為它自己就是個大功率波形發生器，在高壓環境中，無形的增加了設備的負擔，從設備安全性和成本考慮，它不適合高壓情況。

③綜合潮流控制器就相當于是有源濾波器并聯方式和串聯方式結合起來的一個綜合控制器。它可以分別進行控制有功、無功、電壓和諧波電流，因為它的多功能，對系統性能的提升，系統的穩定具有明顯的作用，而且較為適合我國長距離輸電的特點。將變換器與耦合變壓器并聯于交流系統中，可以通過它們各自的功能實現濾除電流諧波，還可以給另一個變化器提供有功功率，串聯在系統里的第二個變換器，它所擔當的責任就是抑制諧波源產生的電壓諧波，對線路的有功和無功功率也可以進行控制，因此它是一個能對系統諧波電流和電壓同時進行綜合控制的一個綜合控制體。綜合潮流控制器是比較靈活的交流輸電系統裝置，它結合了許多器件的靈活控制手段。它作為一個新型潮流控制裝置，它可以分別或者同時對系統的有功功率、無功功率、電壓和電流進行控制和調節，并可以提供實時的補償，并提高輸送能力。

3 結 語

在目前國內的電網環境下，諧波對電網的污染日益嚴重，諧波抑制與無功功率補償顯得尤為重要。進行諧波抑制和無功補償是提高電力質量的重要一步，也是節能的首位，積極提高諧波抑制和無功補償具有重要意義，提高認識，積極進行諧波治理，防止諧波災害。本文詳細的介紹了諧波產生的原因，并系統的介紹了諧波抑制和無功補償的方法，對促進我國諧波處理技術，維護電力能源的清潔具有重要的作用。

參考文獻：

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