電力系統中無功補償和諧波抑制的研究

田小龍

陜西能源麟北發電有限公司 陜西寶雞 721500

科學技術的不斷發展在一定程度上促進了電氣自動化技術的發展，與其有關的設備也已被廣泛地應用在很多行業之中，對我國經濟的發展起到了很大的促進作用，而無功補償技術在電氣自動化領域也得到了更為廣泛的應用"無功補償技術指的是通過對電氣自動化技術的特點進行最大程度的應用，并借助無功!諧波等系統來完成補償，在降低電力損耗的同時，保證電氣系統的安全穩定運行。

1 無功補償技術特點

電氣自動化中無功補償技術的應用已經取得了良好效果，一直以來都是技術研究的要點，其不僅能夠提高電氣設備應用率，同時還可以調整電力負載功率，能夠降低線損與變電器損耗，使得電壓質量得到進一步提高[1]。一般來講電力負載功率與線路損耗為反比關系，實際設計中完全可以利用無功補償來提高電能應用效率，達到降低線路損耗的目的。無功補償技術功能的實現，需要確定電氣自動化設備性能特點，將其作為基礎的同時，與無功、諧波、負序等進行有效結合，對電氣系統作用進行補償，可以說是電氣自動化系統的重要裝置，不僅可以保證供電效率，同時還能夠優化供電環境。

2 無功補償技術應用要求

通過無功補償在電氣自動化中的應用，來提高電壓質量，減少變壓器與線路損耗，前提是要確定技術應用的要求，保證與實際需求相滿足。第一，合理選擇變壓器與電動機。即做好變壓器數量、容量以及電動機類型的選擇，并且要求其在一定程度上可以降低線路感抗，保證無功補償技術能夠在整個電氣自動化系統中發揮作用。第二，電容器應用條件。如果系統自然功率因數提高，但是受工藝與設計因素限制，為彌補存在的差距，就需要選擇無功補償裝置，并且確定以并聯為主的電容器。其中，必須要確定電容器使用條件，即低壓供電單位功率因數小于0．85，或者規定高壓供電單位電壓為10kV，以此來降低電容器損耗，維持較高的輸電效率

3 電力系統中的諧波抑制技術

3.1 利用無源濾波器

無源濾波器依據的是諧振原理，在濾波電路的作用下對需消除的高次諧波予以調諧處理，該抑制技術能夠確保諧振阻抗達到最低，只要將其安置在諧波附近便能夠對諧波電流進行吸收，防止諧波電流進入電網，對諧波產生抑制作用。常見的無源濾波器有以下幾種：（1）單調諧濾波器，其主要針對某一次諧波進行設計，相當于一個低阻通道，一旦系統中出現該次濾波便能夠對其產生容抗作用，將諧波消除。（2）雙調諧濾波器。其由兩個單調諧濾波器并聯而成，能夠同時對兩種頻率濾波進行吸收，其結構較為復雜，但對基波損耗小。（3）二階減幅濾波器。其主要是與單調諧波濾波器配合使用，對高于某次的諧波阻抗相對較小，能夠將高于該次以上的諧波進行濾除，其不僅能夠減少對濾波器的損耗，而且阻抗頻率特性好，應用廣泛。

3.2 利用有源電力濾波器

有源電力濾波器具有較快的響應速度與高度可控性，一方面能夠對各次濾波起到補償作用，另一方面能夠對電壓閃變起到抑制作用，對無功電流予以補償，且體積與質量較小、便于攜帶。有源電力濾波器自適應能力較強，能夠對補償變化中的諧波進行自動跟蹤及補償，對于頻率及幅值不斷變化中的諧波也能夠進行補償，且無需較大的元件，響應速度快，不會受到電網阻抗的影響，能夠避免電網阻抗的諧振風險，對串并聯諧振現象起到抑制作用。除此之外，在有源電力濾波器作用下，采用一臺裝置便能夠實現對多次諧波電流以及非整數倍次諧波電流的同時補償，在補償期間還可以選擇集中補償或單獨補償，效率高。

3.3 利用主動諧波抑制

諧波產生原理認為當整流相數增加時，網側電流諧波成分會減少，此時電流波與正弦波接近。以晶匣管三相橋式整流電路為例，其中僅有n次奇次諧波，高次諧波振幅值更低，提示諧波次數的增加會降低振幅值。

3.4 增加整流變壓器二次側整流相數

針對帶有整流元件設備，可以最大化提高整流相數或脈動數，能夠對低次特征諧波起到良好的消除作用，這一措施在應用能夠降低諧波源出現的諧波含量，通常在工程設計中也就需要考慮到這一點。整流器在整個供電系統中屬于是一個重要的諧波源，因此在交流側出現的高次諧波是tK1次諧波，所以在整流裝置中的6脈動諧波次數為n=6K1，在對其相數提高到12脈動情況下，所得到的諧波次數為n=12K1（其中K為正整數），以此即能夠對5、7等次諧波起到消除作用，所以在諧波抑制中加大整流的相數或脈動數，能夠對低次諧波起到良好的消除作用。但是這一方法在應用中目前還處于理論階段，實際中因為投資較高，但是所取到的諧波消除效果不夠顯著，因此通常是將這一方法應用在大容量的整流裝置負載[2]。

3.5 整流電路的多重化

整流電路實現多重化，也就是實現多個方波的疊加，可以實現對次數較低諧波起到消除作用，能夠獲取和正弦波比較接近的階梯波。重數越多，所形成的波形和正弦波越接近，但是在過程中的電路復雜度也會提升。所以這一方法只能夠在大容量場合中應用。同時，這一方法不但能夠降低交流輸入電流諧波，也有助于降低直流輸出電壓中的諧波幅值，與此同時也有助于提升紋波頻率。這一方法在應用中實現和PWM技術結合應用，也就能夠獲取更好的諧波抑制效果，這一方法在橋式整流電路中的應用，有助于降低輸入電流的諧波[3]。

4 結語

新時期，電力系統得到了前所未有的發展，接入設備不斷豐富、類型多樣，其在一定程度上增加了電力網絡結構的復雜性，因此，必須加強對電力系統無功補償和諧波抑制問題的重視度，給予有效的檢測與抑制處理，降低諧波危害。