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(tǒng)供電質(zhì)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(fā)展趨勢，促進電力電子裝置進一步發(fā)展，更好的應(yīng)用在供電系統(tǒng)中。

電力電子裝置；諧波；功率因數(shù)；供電；無功補償

引言

電力電子裝置時電力系統(tǒng)供電的重要設(shè)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(chǎn)生諧波，影響著電力系統(tǒng)供電質(zhì)量與效率，還降低電力企業(yè)的經(jīng)濟效益，不利于電力企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。與此同時，電力電子裝置功率因數(shù)較低，在實際的應(yīng)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(chǎn)生及其影響分析

1.1 電力電子裝置諧波的產(chǎn)生

隨著我國綜合國力的不斷提升，經(jīng)濟水平逐漸提高，電力行業(yè)也實現(xiàn)了飛速發(fā)展，電力電子裝置在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，發(fā)揮的作用越來越大，發(fā)展至今，已經(jīng)成為了實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的必要設(shè)備。在理想狀態(tài)下，電力企業(yè)向各用電設(shè)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(chǎn)生是具有非線性阻抗特性的電氣設(shè)備供電的結(jié)果，而非線性阻抗特性的電氣設(shè)備作為電力企業(yè)供電應(yīng)用的電力電子裝置，不可避免的向配電網(wǎng)中注入諧波，并且這種電力電子裝置功率因數(shù)較低，故而在供電過程中可會將無功功率一并注入電網(wǎng)。

1.2 諧波及功率因數(shù)對供電影響

電力電子裝置所產(chǎn)生的諧波會對電力系統(tǒng)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(dǎo)致電力系統(tǒng)電壓及電流發(fā)生畸變，一旦電壓及電流發(fā)生畸變，那么勢必會影響供電穩(wěn)定性，大大降低供電質(zhì)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(chǎn)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(fā)生錯誤操作，那么就意味著電力系統(tǒng)無法正常供電，電力電子裝置無法發(fā)揮正常的使用；③高次諧波電流流入電網(wǎng)中，會使負載和線路的電流增大，從而占用電源容量，電網(wǎng)中的用電設(shè)備產(chǎn)生附加的功率損耗，功率因數(shù)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(yè)的運行成本，降低電力企業(yè)的經(jīng)濟效益，不利于企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的實現(xiàn)。除此之外，電力電子裝置運行產(chǎn)生無功功率注入電網(wǎng)，通常要采取無功補償措施加以彌補，并聯(lián)在電源上用于無功補償?shù)碾娙萜鲿l(fā)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(tǒng)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(yè)生產(chǎn)造成較大的困擾與損失，后果不堪設(shè)想。

2 整流電路交流側(cè)諧波與功率因數(shù)分析

現(xiàn)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(chǎn)生諧波與無功功率，功率因數(shù)非常滯后。直流側(cè)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(shù)接近1。但其輸入電流的諧波分量卻很大，給電網(wǎng)造成嚴重污染，也使得總的功率因數(shù)很低。

3 靜止無功補償?shù)陌l(fā)展

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

3.1 早期無功補償裝置

（1）同步調(diào)相機

同步調(diào)相機實質(zhì)上是只發(fā)無功功率的同步電動機，它在過勵運行時向系統(tǒng)供給無功功率，欠勵運行時從系統(tǒng)吸收無功功率。因此改變同步調(diào)相機的勵磁，可以平滑地調(diào)節(jié)所在地區(qū)的電壓。

（2）并聯(lián)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(fā)出的無功，具有較強的無功調(diào)節(jié)能力，可為電力系統(tǒng)提供無功電源、調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，當(dāng)系統(tǒng)電壓較低、重負荷時能輸出容性無功；當(dāng)系統(tǒng)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(tài)調(diào)節(jié)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(tài)電壓變化，提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定水平。

SVC可以達到下述的目的：

（1）維持電力系統(tǒng)的暫態(tài)、靜態(tài)穩(wěn)定；

（2）抑制電力系統(tǒng)的功率振蕩，盡量使其維持在一個穩(wěn)定的狀態(tài)；

（3）使諧振過電壓、工頻過電壓等暫時過電壓數(shù)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(yōu)化電網(wǎng)的能量流動。

現(xiàn)階段的SVC裝置已經(jīng)發(fā)展到較高的水平，從最初的控制供電電壓發(fā)展到供電系統(tǒng)的補償與控制以及電力中端用戶電壓控制，呈現(xiàn)多元化、全面化的發(fā)展趨勢，應(yīng)用在無功補償中，獲得良好的應(yīng)用效果。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，SVC裝置的應(yīng)用領(lǐng)域會越來越廣泛，可涉獵電網(wǎng)建設(shè)、風(fēng)電建設(shè)、電氣化鐵路、冶金、煤礦、化工等領(lǐng)域，為電力電子裝置的使用及供電系統(tǒng)的正常運行提供基本的安全保障，對于工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)來講，有著十分重要的意義。

4 結(jié)束語

綜上淺述，電力電子裝置廣泛應(yīng)用于電力供電中，有著非常重要的作用，但其在運行中產(chǎn)生諧波，影響供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量，這類裝置本身功率因數(shù)較低，增加功率損耗，降低供電效率，需要切實應(yīng)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?shù)陌l(fā)展情況。為電力電子裝置的應(yīng)用發(fā)展貢獻一份力量。

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

[2]李庚銀.電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

TM714

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1004-7344（2016）11-0248-01

2016-3-28