配電網無功和諧波控制的節能技術研究

劉蘭超

摘要：我國電力行業隨著科學技術的快速發展而發展迅速。近年來隨著我國綜合國力的不斷提升，科學技術領域也取得了重大突破，我國的電力事業也在不斷改進，但是隨著人們用電需求的增大和對電網系統的高要求，傳統的配電網絡已經不能滿足日常生活的需要。

關鍵詞：配電網無功和諧波控制;節能技術

引言

我國經濟的快速發展離不開電力行業的大力配合。目前，在國內配電網系統中，無功補償與諧波控制技術應用普遍，它可以有效的減少電力系統中無功功率的流動，降低損耗實現節能，提高電能質量及輸電網的輸送能力。目前我國配電網的矛盾主要是缺少電壓調整與無功補償的方法，使得配電網輸電能力較低，所以針對我國的配電網狀況需要增強無功補償與諧波控制技術，這樣可以有利于負荷端電壓的穩定以及增高配電網輸電能力，同時可以減少消耗實現節能。

1諧波的定義及其產生原因

（1）諧波的定義。諧波是區別于正常波段的一類波形，諧波所具有的頻率是正常電流波段所具有頻率的整數倍，諧波的電量是基波頻率整數倍電流所產生的，在這個過程中通常伴有傅立葉級數的分解。廣泛的來說，產生交流電的頻率一般為單一頻率，也被稱作工頻頻率。所以只要是與工頻頻率不在一個波段的波形都被認為是諧波，此時諧波的定義已經不在局限于原有的單一解釋。因此也演變出分數諧波、簡諧波、次諧波等不同的定論和稱謂。（2）產生諧波的因素。諧波的產生主要來自于以下三方面：一是發電機的質量不過關導致諧波的產生，在三相繞組的制作時如果做不到很好的對稱，鐵芯也會隨之偏離原有的方向。從而產生少量的諧波，影響電力系統運行。二是在電能輸送中產生諧波，主要是變壓器鐵芯上的電磁力達到飽和，再繼續加大電流的輸送量會使原本的正弦波頂端發生銳變。鐵芯的飽和越高，正弦波的變化也越大，二次諧波和三次諧波產生頻率也越高。三是用戶處產生的諧波，像洗衣機、電視等家用電器，本身具有的特性就決定了諧波的產生。

2諧波的危害

諧波危害大致可以分為四類，產生附加諧波損耗，諧波通過令配電網設備產生額外的諧波損耗，來達到降低供電設備和用電設備的使用效率的目的;影響設備正常工作，諧波污染可以引起過電流或過電壓，從而使配電網設備嚴重受熱，縮短設備的使用壽命;引起諧波放大，諧波在引起公用的局部電網諧波變大，甚至會產生串聯諧振和并聯諧振，從而引起配電網設備的損傷甚至發生安全事故;導致自動裝置和繼電保護的拒動作或誤動作。諧波污染不僅會影響配電網設備的正常運行，縮短其使用壽命，而且對配電網系統附近的精密儀器，如通訊工具、計算機設備造成影響，降低儀器的精密度，由此可見諧波污染影響面廣，影響力大，我們必須對此采取措施加以控制。

3配電網無功和諧波控制的節能技術

3.1調大整流變壓器相數

電網系統中的大多數設備都具有整流元件，整流元件的存在也會產生相應的諧波，無疑使配電網絡的做功受到影響。擴大整流變壓器的相數或脈動數，能在一定程度上降低諧波對配電網絡的影響，這也是工程經常用到的手段之一但是該技術手段所需要的投資較大，一些小型企業無法負擔相關的費用，因此該方法并不能在電力系統的研究中大量普及，該技術多用于大型電廠的整流裝置。

3.2有源濾波器（APF）

有源濾波器采取的是PWM控制的變流器提供與補償電流或電壓極性相反的電流或者電壓，以控制非線性負載產生的有害電流（電壓）在電力系統中的流動。也就是說有源濾波器就是通過可控制的電力電子器件向電力系統中加入了與系統中諧波電流幅值相等、極性相反的電流，使電力系統中總諧波的電流為0，達到了實時補償電流的目的。與無源濾波器相比，有源濾波器具有以下特點：（1）具有較高的可控性和快速的響應性;（2）一機多能的特點：能補償各次諧波、補償無功、控制閃變;（3）不受系統阻抗的影響;（4）具有自適應功能;（5）可以對多個諧波進行集中治理;（6）具有較高的性價比。但有源濾波器同樣也存在著一些不足，系統之中具有高次諧波，價格昂貴，單臺容量也較低。目前，電力半導體器件向高頻化、大容量趨勢發展，而且元件的性價比也在不斷的提高，如有源濾波器既能補償無功又能補償諧波的綜合裝置必然有很好的發展前景。

3.3在技術支持的條件下盡量提高功率因數

這里指的功率因數也是整流器的，在傳統消減諧波的方法中，整流器多重化是常見的方法之一。但是通過多重化組成的整流器在提高功率因數方面還有一定的局限和缺陷。因此在整理流器開始設計時就要注意對其本身的材料和結構進行仔細的研究與改造，使電流與電壓在同一相位上，從而達到提高整流變壓器功率因數的目的。

3.4人工魚群算法

人工魚群優化算法（AFSA）是一種模擬魚群行為的隨機搜索優化算法，主要利用魚的覓食、聚群行為，通過魚群中各個體的局部尋優來實現全局尋優，具有對初值和參數要求不高，克服局部極值、更好地協調全局和局部搜索能力等優點，因此，可考慮應用人工魚群算法對上述模型進行優化求解。基于上述的人工魚模型的描述，具體算法步驟如下：（1）輸入人工魚群的群體規模N，最大迭代次數number，人工魚的可視域Visual，人工魚的最大移動步長Step，擁擠度因子d。產生初始權值wij（0），每個分量均為區間內的隨機數。（2）計算初始魚群各人工魚個體當前的食物濃度值FC進行比較，取FC最大值進入公告板，將此人工魚賦值給公告板。（3）各人工魚分別模擬追尾和聚群行為，選擇行動后FC值較大的行為執行，缺省行為方式為覓食行為。（4）每條人工魚在行動一次后就將自身當前狀態與公告板狀態進行比較，如果優于公告板則以自身狀態取代公告板狀態。

3.5采用無源電力濾波器抑制諧波的產生

無源電力濾波器是我國傳統的減少諧波產生的方法，該方法是在諧波產生后在最大程度上進行消減和清除。在顯示器上顯示的變形正玄波，通過計算機經過傅里葉變化將倍數諧波轉化為基波或者是倍數較小的次諧波，再通過一系列的設備將諧波基本消除。無源濾波器主要由電容器、阻抗等原件組合而成，該設備主要用于變化不大的配電網絡中，通過改變阻抗達到消減諧波的目的。此方法不僅能消除諧波影響還能補充無功功率，價格合理適合廣泛推廣。

3.6并聯電容器

在多數的工程供電系統中，通常采用并聯電容器的方法到達補償無功功率、提高功率因數的目的，并聯電容器補償按照安裝位置的不同可以分為三種方式：一種是集中補償，另一種方式是分區補償，第三種方式是就地補償。并聯電容器具有原理簡單，安裝運行以及維護方便等優點。

結語

當今社會是信息技術快速發展的社會，計算機和各類網絡化技術都不斷運用于新的行業，并得到大力推廣。在配電網絡中，各種新技術和設備的使用更是層出不窮，針對于目前配電網絡無功和諧波的問題，本文進行了詳細的闡述。通過介紹諧波的定義、危害及解決措施，在一定程度上達到節能減排的目的，也為以后的研究提供參考。

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