電力節能技術的研究和應用

洪 流 冉碧蓮 劉漢英

（國網重慶酉陽縣供電公司 重慶 409899）

引言

確保供電穩定，供電質量以及供電安全，是電力工程技術與電力工程管理等相關人員的光榮使命，隨著社會上電力網絡的逐漸擴大、電力的容量也在不斷增加。其都在電網里面造成很多諧波，導致系統電壓、電流波形出現不良波動，破壞電網質量，是造成電網惡化的主要原因。為了消除供電系統諧波，現如今的節能技術正在大力研究、應用，電力濾波器、電力無功補償、變頻器、軟啟動等技術課題[1]。

1 無功補償的價值分析

電力系統運行過程中的無功功率，不僅會占用電力設備的容量，還會增加設備與線路的電能損耗，導致電壓降低的現象出現，降低電能使用效率，影響電能供應可靠性，并造成一定的經濟損失。在電力用戶的角度來講，最直接的體現為功率因數較低，并造成電力的浪費，如果功率因數小于0.9，電力部門將對電力用戶進行罰款，降低電網經濟效益的同時，還會增加電力用戶的電費成本。此時，選擇無功補償設備，對無功功率進行補償，實現無功就地平衡，能夠優化電網電能質量，降低電網電能損耗，提升電壓穩定性，提高電力企業社會與經濟效益，降低電力用戶使用費用。

2 高次諧波對并聯補償電容器的影響和應對策略

現階段，電網系統應用眾多的電子設備，導致電網運行的過程中出現非線性負荷提升的現象。基于此形成非常多的諧波并且導致電網里面正常工作在正弦波的電壓與電流波形產生錯誤的波動，進而致使電網質量變差，提高線路的損耗。我們知道電容器的容抗與電力系統感抗的絕對值當達到非常接近的水平時，由于它們之間的物理作用就會產生不同程度的并聯諧波，并且這種諧波的電流會在很短的時間內迅速增加十多甚至幾十倍，隨著諧波電流的增大，諧波電壓也會出現畸變波動的情況，顯著的增加電容器的負荷，導致變容器出現發熱的情況。應對該種現象的方法比較簡單，通過將電抗器串接在補償電容器回路中，能夠根據電抗器的絕對值，產生高次諧波，并且能夠利用回路的電抗進行感抗，以此來讓調諧濾波器達到吸收電網里面的高次諧波的目的[2]。

3 若干無功補償方案的對比分析

TLFP－1.2型智能動態無功補償濾波設備的優勢是迅速投切，這種設備就算在工作過程中沒有電流也不會產生諧波，可以很好的減小供配電系統損耗，缺點為是一種有級投切。TLFP－3型有源濾波器的優點為高速動態響應，這種濾波設備不會和供配電系統出現沖突，因此也就不會產生諧振濾波，同時這種設備也不會受系統電壓、阻抗以及電流方向等方面的影響，劣勢是其生產成本較高。LVCA型靜態無功功率補償設備的優缺點比較明顯，其優勢方面是：制造成本低，劣勢為不適合負載快速變化工作狀況對諧波電流形成放大，會加大電網負擔，容易使電容器損壞。

4 對無功補償設備的要求

（1）通常情況下根據目標功率因數、自然功率因數、負載屬性以及配電電壓容量等眾多因素確定補償電容器的容量。值得注意是，如果無功補償的區域存在諧波，則需要做好電抗器串聯工作，產生協調支路，這樣能夠將補償位置的諧波消除[3]。

為了提高電力系統運行的經濟性、穩定性以及安全性，需要做好無功就地平衡工作，在最近的位置進行無功補償。通常采用在距離損耗最小的位置安裝無功補償裝置，根據經濟條件以及技術要求等，確定采用哪種無功補償裝置，如就地設置、集中設置等方式。

（2）電容器投切的物理量主要包括以下幾種部分：無功功率、無功電流以及功率因數，將無功功率物理量轉變為參數物理量，這樣可以防止系統輕載狀態下出現投切振蕩的現象，同時能夠避免無功倒送和過補償的情況發生。

（3）投電容器的切開關和分擔方式，一般采用循環投放、等容量分組的方式，并且采用按比例分配的方式進行電容器容量分組，無法達到合理補償無功功率的效果。無功需求量的投切，需要根據電力系統運行所需的無功功率需求量來確定，通常采用模糊投切的方式，該種方式具有跟蹤準確度高、調節順暢性好以及適應面廣等眾多優點。一般我們在電力系統實際工作、控制的情況下，電壓相對比較低時選擇多分開關的原因是它擁有過零投切的作用[4]。可以把投入的涌流控制在不超過5%Ic，在這樣的電力系統狀態下，如果去除電容，也不會出現過壓情況，設備運行安全性好、穩定性高，有效的延長設備的使用壽命。電源試點的高壓真空接觸器通常采用同步切除電容器的方法，防止電力系統重新合閘過程中出現電容器無法斷開的情況，導致無功潮流變化，對電力系統穩定性產生負面影響[5]。

5 有源濾波器

在電力網絡里面加入非線性電壓、電流特殊性質的電器設備數目正在持續增多，并且這樣的電器設備形成的諧波電流在電力網絡阻抗上形成電壓并且同時會和基波電壓相互疊加造成電壓發生畸變；在這種情況之下就會導致和電力網絡聯結的電器設備，例如：電動機、變壓器、電容器、開關、電子設備以及控制系統的誤動作，還會使電纜過熱、電氣設備產生噪聲。要解決這種情況下產生的諧波就科學合理的辦法就是使用有源濾波器。

5.1 有源濾波器具有的特殊屬性

首先與其它濾波設備相比有源濾波器具有非常優異的限額動態性能，在運行過程中動態響應時間小于10毫秒。有源濾波器諧波消除后，并在無功功率補償的狀態下進行工作，功率因數能夠約等于1。有源濾波器在并聯狀態下，具有非常寬的功率范圍，具有非常好的經濟性。同時，有源濾波器三項補償的諧波電流可以同時進行2-60次諧波過濾[6]。

5.2 有源濾波器的運行原理

一般有源濾波器的開關合閘之后，其第一時間就會利用有限電流電阻為電容提供電能，這樣能夠對通電過程中形成的瞬間沖擊電流進行有效約束。若電容的電壓上升至額定值，接觸器將會自動調整至閉合狀態，此時有源濾波器啟動。電容器作為儲存能量的一種電氣元件，其在運行的過程中通過內部的電抗器和IGBT逆變器對外輸出補償電流，為有源濾波器提供電能。此時，電容器通過電源板為監測裝置、控制裝置供給電能。有源濾波器通過借助外部CT對負載電流進行準確測量，并將測量的信息傳遞至信號板，由控制板完成諧波電流補償與電流計算工作。此外，將產生的PWM驅動信號傳遞至驅動板進行下一步處理。然后驅動板驅動逆變器的IGBT就能夠進一步把所要需用的補償送到電力網絡，從而實現濾波的作用[7]。

5.3 產品特點與功能

XDAPF3L系列：第一，這個產品型號能夠同時濾除2至60次的諧波電流；第二，IGBT高速開關，（就是指20KHz），能夠在極短的時間內濾除諧波；第三，這種濾波器對于輸出電流的動態響應時間不會超過10ms；第四，其可以自動限流于額定電流；第五，這個產品既能夠濾波同時也能夠補償基波無功；第六，設計與選擇型號非常容易，僅僅需要測量負載電流的大小；第七，其最大的亮點在于能夠多臺設備（但是不能超過十臺）并聯工作運行，非常方便擴增容量；第八，它是漢字液晶面板，易于相關的工作人員進行操控；最后一個功能就是能夠完成遠距離的監測和控制。

XDAPF4L系列：第一，這個產品型號能夠同時濾除2至25次范圍內的所有或者也可以是選型次數諧波電流；第二；IGBT高速開關（這里指的是10KHz），也能夠在很短的時間之內濾除諧波；第三，這個產品系列可以很有效地解決由三次諧波形成的中性電流；第四；其中線濾波效率是相線濾波速度的三倍；第五，它的輸出電流動態響應時間不超過10ms；第六，其也能夠自動限流于額定電流；第七，既能夠濾波同時也可以補償基波無功[8]；第八，這個產品系列能夠多個設備（不能超過三臺）并聯運行，易于擴增容量，其余特點功能與XDAPF3L相同。

結語

隨著我國的經濟發展，對節能減排的要求也越來越高，本文主要是通過對現階段電網里面最經常見的諧波危害產生的電網電壓、電流明顯畸變，功率因素下降等問題的分析，并提出了幾種現如今常見的無功補償方式進行有效的克服。希望能對用戶在使用前有一定的參考價值。