电网谐波治理和无功补偿技术的研究

摘 要：随着电网规模的日益扩大，电网中各种电力电子设备的数量也日益增多，由此所带来的谐波污染和无功电流问题也更加严重，这造成了电能质量的下降。笔者结合自己的工作实践经验，对电网的谐波治理和无功补偿进行了探讨，以期对相关工作能够有所借鉴。

关键词：电网，谐波治理，无功补偿

1引言

随着我国工业生产和人民生活对电能的依赖性日益增加，当前各类用电设备无论从数量上还是从种类上来说，都较过去有了明显的增多，这一方面促进了我国电网的发展，但同时也给电力系统的稳定运行造成巨大的压力。在当前电力系统所面临的各种挑战当中，功率因数降低和谐波污染是其中比较严重的问题。

2谐波治理与无功补偿的意义

当前电网中的电力设备无论从规模上还是从数量上都比过去有了明显增多，同时电力用户的用电设备数量也急剧增多，这一方面反映了我国经济社会发展水平的进步，但同时也给电网造成了一定的污染，影响到了电能质量，甚至还可能给电力系统的安全稳定运行带来威胁。以上所说的污染主要表现为谐波和无功电流两大类，所以对电网进行谐波治理和无功补偿就显得尤为重要。下面将从三个方面对谐波治理与无功补偿的意义进行探讨：（1）当前人民对电能需求不仅仅表现量上，还表现在质上，而电网中谐波和无功电流的存在无疑是影响电能质量提高的一个主要因素。因此，为了实现给用户提供低谐波、低无功电流的高质量电能的目的，就要求必须对当前电网进行谐波治理和无功补偿。（2）加强谐波治理和无功补偿技术的研究与应用，不仅可以有效降低电力设备的损耗，同时还可以有效推动相关电力技术的发展，如电力电子技术的发展进步就与谐波治理及无功补偿技术的发展是相互促进的。（3）在当前背景下，无谐波普遍被认为是实现"绿色电网"的重要标志之一，因此加强谐波治理可以被认为是维持"绿色"环境的一种重要技术手段。综上所述，对电网谐波治理和无功补偿技术的研究和应用具有深远的理论意义和现实意义，应该引起相关部门和技术人员的充分重视。

谐波和无功电流是造成当前电网污染的两个主要表现形式，但它们二者之前存在着密切的联系，导致谐波治理与无功补偿技术间也联系紧密，这种密切的关系可以表现为以下三点：（1）如果电网中含有谐波，则无功功率的定义和谐波之间有着密切的联系，谐波在其本身造成影响的同时，也会对负载以及电网的无功功率产生影响；（2）经过实践研究发现，当前电网中的各种主要谐波源的功率因数都较低，它们本身就要消耗大量的无功功率，谐波的产生与无功功率的消耗往往是在同一个设备上伴随发生；（3）因为谐波产生和无功功率消耗之间的密切联系，使得很多设备在抑制谐波的同时也能起到对无功功率补偿的作用，如无源滤波器（Passive filter）、有源电力滤波器（Active Power Filter，APF）等等。此外，高功率因数整流器不仅能抑制谐波，还可以提高功率因数。

3谐波治理原理

1.基于动态消谐无功补偿技术的谐波治理

基于动态消谐无功补偿技术的谐波治理主要通过采用动态消谐无功补偿器（如图所示）来实现，而动态消谐无功补偿器则主要由主控单元、检测单元、投切执行单元和调谐电容器组成。其中，检测单元主要负责对电力系统中的电压值和电流值进行实时检测，并根据检测结果对系统所需的谐波成分、无功功率、电流以及电压的有效值等控制参量进行计算；主控单元负责根据检测结果进行逻辑判断，并根据判断结论向投切执行单元发出相应的控制指令；投切执行单元则根据主控单元发来的控制指令来对调谐电容器的投切加以控制；调谐电容器内含电抗器，它可以实现对负载无功功率的动态跟踪补偿。在动态消谐无功补偿器中，主控单元通过采用先进的零过度过程可以实现对调谐电容器的瞬时投入和切出，整个投切过程无暂态扰动，从而有效地确保了无功补偿的动态实时性。此外，采用动态消谐无功补偿器还可以有效避免涌流冲击和操作过电压的出现，从而有效降低了投切过程对晶闸管和电容器的电应力冲击。

2.基于有源滤波器的谐波整治原理

与其他谐波治理装置相比，APF不仅可以实现对电力谐波的动态抑制和对系统无功功率的动态补偿，它还可以实现对三相不平衡的校正，是一种效果非常显著的新型电力电子装置。该装置主要由谐波检测环节、控制系统、主电路以及耦合变压器等四个部分构成。在该APF进行工作时，首先需要依靠检测环节对电网中的谐波进行检测，然后根据检测结果生成需要补偿的谐波参考值，最后由控制系统根据生成的参考值产生相应的脉冲，并由控制电路产生补偿电流或者电压跟踪已生成的参考值实施补偿。

4无功补偿技术的主要应用方式

随着我国电网规模的日益扩大，其所面临的无功损耗问题也日益严重，如果不对其进行控制，则势必会对电能质量产生极大的影响。应用无功补偿技术不仅能够抑制谐波，而且还能降低电力设备的损耗，同时起到改善电能质量的目的。就目前电网中无功补偿技术的应用来看，大致包括以下几种：

1.真空断路投切电容器

这种装置的优势是操作简单，而且使用成本较低，因而在当前各种无功补偿技术中来说，应用地也最为广泛。但在使用过程中，合闸时将可能引发比较高的电压产生，所以很容易造成装置损坏。此外，应用该设备时还需要对投切次数加以控制，如果投切次数过多，就可能会缩短设备的使用年限。

2.可控饱和电抗器

利用该装置可以对回路电流进行改变，具体改变程度则视设备的饱和情况而定。通常来说，使用该装置可以使负载设备运行过程中产生的无功功率被感性电流所替代，以达到运行的平衡。采用可控饱和电抗器的优点是可以长期使用，补偿装置的寿命比较长，缺点是会造成较大的设备损坏，同时它还会产生较大的噪声污染。

3.有源滤波器

在电力系统中，APF的使用主要是为了产生与谐波相反的电流，目的是与谐波互相抵消以达到无功补偿的目的。APF的应用不仅可以实现动态跟踪补偿，而且可以避免谐振问题的出现，缺点是APF的使用成本较高，难以在电网及各用电企业中进行广泛的推广和应用。

5结束语

随着电网规模的日益扩大，电网中各种电力电子设备的数量也日益增多，由此所带来的谐波污染也进一步加剧，同时还消耗了大量的无功功率，导致电能质量越来越差。因此，为了提高电能质量，确保电力系统得以正常稳定运行，对电网谐波治理和无功补偿技术的研究还必须进一步深入。

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