電力電子裝置的諧波分析與無功補償

伊輝杰

（國家新聞出版廣電總局2021臺）

電力電子裝置的諧波分析與無功補償

伊輝杰

（國家新聞出版廣電總局2021臺）

本文以電力電子裝置為切入點，分析諧波對電力電子裝置使用及電力系統供電質量與效率的影響，分析無功補償裝置特點及靜止無功補償發展趨勢，促進電力電子裝置進一步發展，更好的應用在供電系統中。

電力電子裝置；諧波；功率因數；供電；無功補償

引言

電力電子裝置時電力系統供電的重要設備，由于各種因素的影響使得電力電子裝置在運行過程中產生諧波，影響著電力系統供電質量與效率，還降低電力企業的經濟效益，不利于電力企業實現可持續發展。與此同時，電力電子裝置功率因數較低，在實際的應用過程中，要切實做好無功補償工作。

1 電力電子裝置諧波產生及其影響分析

1.1 電力電子裝置諧波的產生

隨著我國綜合國力的不斷提升，經濟水平逐漸提高，電力行業也實現了飛速發展，電力電子裝置在工業生產領域中的應用越來越廣泛，發揮的作用越來越大，發展至今，已經成為了實現自動化生產的必要設備。在理想狀態下，電力企業向各用電設備提供具有正弦波形的電壓，但實際情況中，由于各種各樣的因素影響，使得供電電壓偏離正弦波形，即我們所說的諧波。諧波的產生是具有非線性阻抗特性的電氣設備供電的結果，而非線性阻抗特性的電氣設備作為電力企業供電應用的電力電子裝置，不可避免的向配電網中注入諧波，并且這種電力電子裝置功率因數較低，故而在供電過程中可會將無功功率一并注入電網。

1.2 諧波及功率因數對供電影響

電力電子裝置所產生的諧波會對電力系統的供電造成了較為嚴重的影響。晶閘管相控整流裝置最為突出。①諧波可以導致電力系統電壓及電流發生畸變，一旦電壓及電流發生畸變，那么勢必會影響供電穩定性，大大降低供電質量，一方面無法確保用戶的正常用電，另一方面還對電力電子裝置本身產生較大的損害作用，較少裝置的使用壽命，降低裝置的使用性能；②諧波的負序特性容易使自動控制裝置和繼電保護等敏感元件誤操作，一旦自動控制裝置與繼電保護裝置發生錯誤操作，那么就意味著電力系統無法正常供電，電力電子裝置無法發揮正常的使用；③高次諧波電流流入電網中，會使負載和線路的電流增大，從而占用電源容量，電網中的用電設備產生附加的功率損耗，功率因數大幅下降，電源工作效率也因而下降，既不能滿足用戶的用電需求，更徒增了損耗，大大增加了電力企業的運行成本，降低電力企業的經濟效益，不利于企業可持續發展的實現。除此之外，電力電子裝置運行產生無功功率注入電網，通常要采取無功補償措施加以彌補，并聯在電源上用于無功補償的電容器會發熱，即熱損耗增加。由于電容器的高頻阻抗低，很容易通過大量的諧波電流們造成高次諧波電流放大，嚴重的諧波過載會損耗電容器等，如果不采取有效措施加以解決，勢必會造成很多問題，輕則影響電力系統的正常供電，重則威脅著供電安全，造成諧波污染，不能滿足用電需求的同時，也為工業生產造成較大的困擾與損失，后果不堪設想。

2 整流電路交流側諧波與功率因數分析

現階段，常用的整流電路幾乎都采用晶閘管相控整流電路或二極管整流電路，換句話說不可避免的產生諧波與無功功率，功率因數非常滯后。直流側采用電容濾波的二極管整流電路也是嚴懲的諧波污染源。這種電路輸入電流的基波分量相位與電源電壓相位大體相同，因而基波功率因數接近1。但其輸入電流的諧波分量卻很大，給電網造成嚴重污染，也使得總的功率因數很低。

3 靜止無功補償的發展

前文已述，電力電子裝置應用過程中會向電網注入無功功率，供電效率較低，為了切實提高電力系統的供電效率，提高功率因數，降低設備容量，減小功率損耗，確保供電穩定性，提高供電質量，減小無功功率沖擊，必要在長距離輸電線合適的地方設置動態無功補償裝置，縱觀我國無功補償裝置的發展歷史，大有探究之處。以下是對靜止無功補償的發展的具體探討：

3.1 早期無功補償裝置

（1）同步調相機

同步調相機實質上是只發無功功率的同步電動機，它在過勵運行時向系統供給無功功率，欠勵運行時從系統吸收無功功率。因此改變同步調相機的勵磁，可以平滑地調節所在地區的電壓。

（2）并聯電容器

電容器所供出的無功功率與其端電壓的二次方成正比，即式中-電容器的容抗。

3.2 靜止性無功補償裝置SVC

SVC可快速改變發出的無功，具有較強的無功調節能力，可為電力系統提供無功電源、調節系統電壓，當系統電壓較低、重負荷時能輸出容性無功；當系統電壓較高、輕負荷時能輸出感性無功，將供電電壓提高到一個合適的水平。SVC通過動態調節無功功率，抑制波動沖擊負荷運行時引起的母線電壓的變化，有利于暫態電壓變化，提高系統電壓穩定水平。

SVC可以達到下述的目的：

（1）維持電力系統的暫態、靜態穩定；

（2）抑制電力系統的功率振蕩，盡量使其維持在一個穩定的狀態；

（3）使諧振過電壓、工頻過電壓等暫時過電壓數值得以減少；

（4）減少線損，提高輸電線路的輸電能力；

（5）矯正非對稱控制，優化電網的能量流動。

現階段的SVC裝置已經發展到較高的水平，從最初的控制供電電壓發展到供電系統的補償與控制以及電力中端用戶電壓控制，呈現多元化、全面化的發展趨勢，應用在無功補償中，獲得良好的應用效果。隨著經濟的不斷發展，SVC裝置的應用領域會越來越廣泛，可涉獵電網建設、風電建設、電氣化鐵路、冶金、煤礦、化工等領域，為電力電子裝置的使用及供電系統的正常運行提供基本的安全保障，對于工業生產行業來講，有著十分重要的意義。

4 結束語

綜上淺述，電力電子裝置廣泛應用于電力供電中，有著非常重要的作用，但其在運行中產生諧波，影響供電系統的供電質量，這類裝置本身功率因數較低，增加功率損耗，降低供電效率，需要切實應用無功補償裝置改善這些狀況。本文著重分析電力電子裝置的諧波，探討靜止無功補償的發展情況。為電力電子裝置的應用發展貢獻一份力量。

[1]石新春，楊京燕，王毅.電力電子技術[M].北京：中國電力出版社，2015.

[2]李庚銀.電力系統分析基礎[M].北京：機械工業出版社，2011.

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1004-7344（2016）11-0248-01

2016-3-28