配网线路中无功与谐波的综合治理

摘要：在现代电力系统中，供电系统的无功功率与谐波消耗了大量的电力资源，文章提出要不断研究新的抑制无功功率与谐波的措施与方法，同时可以积极优化配网线路中的并联电容器以及串联电抗器的参数，采用综合的补偿技术，提高配网线路中的供电质量。

关键词：供电系统；无功功率；补偿技术；配网线路

中图分类号：TM761 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）28-0077-02

新的世纪，社会科学技术获得了快速的发展与进步，而电子系统技术也不断向前发展。目前不同的新型电气设备得到广泛地应用，这些电气设备具有高效节能的显著特点，因此受到人民群众的欢迎。但是随着家用电器的大规模使用，导致供电系统中非线性电气设备与负荷产生很多的高次谐波电流进入电网，因此直接使供电系统中的电压波形发生严重畸变，同时功率因数也明显降低，这样会使供电系统中的电能质量下降，甚至可能威胁家用电器的用电安全。所以加大对配网线路中的无功功率与谐波的危害以及制定相应的防范措施的研究，对提高供电可靠性有着较大的意义。

1 配网线路中的无功功率与谐波的产生

1.1 家用电器在工作时产生无功功率与谐波

现在配网线路中很多家用电器呈现感性，如常见的空调、荧光灯、异步电动机以及计算机系统的整流器等。且诸如电动机、荧光灯等负载以及变电站的变压器与电抗器要依靠无功功率才能正常运行，这是由其工作原理决定的。而变频器、整流器、电子稳压电源等用电设备要利用相控方式才能正常工作，而作用其上的电压的相位要超前于流过的电流，因此这些用电器要消耗很多的无功功率，同时产生不同阶次的谐波电流。所以很多用电器即使作用于其两端的电压与流过的电流同相，由于供电线路中谐波电流的存在，这些用电器同样要消耗一定的无功功率，因此配网线路中产生大量的无功功率与谐波电流，严重影响了供电系统的供电效率。

1.2 公用电网系统工作时产生无功功率与谐波

目前很多公用供电系统中利用电力电子设备，如电焊机、不同的大型变流器以及变频器等，而且发电厂的发电机由于其周围的磁场作用也会产生非正弦的电压，这样也会生产谐波，随后就会进入配网线路中，同样危害着供电系统的工作。这些谐波有时会严重影响工厂的正常生产工作的进行，若供电系统中的大型整流器设备没有进行消除谐波的处理，那么其谐波电流可能导致工厂电动机的损坏，甚至引起生产安全事故。所以公用电网系统产生的无功功率与谐波会严重影响供电系统的正常工作。

1.3 无功功率与谐波的定义

根据经典电路理论可以知道，在交流电网中存在有有功功率、无功功率与视在功率，计算公式如下所示：

有功功率：P=UIcosx

无功功率：Q=UIsinx

视在功率：S=UI

其中x是电压超前于电流的相位角，三者的关系如下公式所示：

S2=P2+Q2

其物理意义是，有功功率P表示在一个周期内瞬时电压与瞬时电流的乘积的积分，又称平均功率；视在功率S表示电器两端的电压与电流有效值得乘积；无功功率Q表示不同的储能元件的功率，在单相供电系统中无功功率在电感与电容反复交换，而在工农业生产的三相电路中，无功功率是具有储能特性的负载在三相之间进行能量的相互交换，但是这些储能元件不能消耗功率，因此任何时候三相电路中的无功功率之和为零。

2 抑制无功补偿与谐波的措施

2.1 抑制无功功率补偿的措施

现在抑制电力系统中的无功功率的措施很多，通常利用同步发电机、同步电动机以及并联电容器与静止无功补偿设备等。由于在很多供电系统中含有很多的阻感型负载，因此可知系统中的总等效负载会呈现感性，所以可以通过利用并联电容器的方法补偿无功功率，从而有效地提高供电系统中的功率因数。在电力系统中并联电容器补偿无功功率的原理图以及向量图如下图1

所示：

图1 并联电容器补偿无功功率的原理图以及向量图

从上图可知，在电阻R与电感L电路两端并联电容C之后，那么可以有效减少电压相量Ua与电流相量Ia之间的相位，从而提高整个系统中的功率因数。而且利用电容器补偿电路中的无功功率原理简单，容易操作，成本低，能有效地减少耗能，因此得到了广泛的应用。

2.2 抑制谐波的措施

通常可以利用无源LC滤波器或者有源的电力滤波器滤波以及改变谐波源来抑制谐波，在工程中可以通过提高变流器的相数以及利用高功率因数整流器等措施抑制谐波。而由于无源的LC滤波器的原理简单，容易操作，成本低，可靠性好以及便于维护等优点，便其得到广泛的应用。滤除谐波的基本原理是为电力系统中的高次谐波提供通路释放出去，这样可以使高次谐波被短路，从而只是在供电系统中保留基波，从而有效地消除电力系统中的高次谐波。其原理图如图2所示：

图2 滤除高次谐波原理图

滤除谐波的LC电路是利用适当的电感、电容以及电阻构成。滤波器要使需要滤除的谐波频率在感抗与容抗上相等而相互抵消，这也成为调谐。在调谐频率上LC滤波器呈现低阻抗的特点，而在含有谐波的配网线路中，电容器的阻抗呈现容性，这样就会与配电网线路中的谐波作用，而在并联谐振或者串联谐振时，电容器会对谐波电流进行放大，这样很容易导致电容器以及其他电气设备上的功率过大而损坏。因此要利用LC电路调谐滤波，保证供电的安全。

3 抑制无功补偿与谐波的发展方向

虽然传统的抑制无功功率与谐波的措施很多，但是通常都是静态补偿的措施，因此若配网线路中的各种参数确定以后，就不能随时改变，而在供电系统中由于负载是随着用户的用电情况不断发生变化，那么配网线路中的感性负载也是变化的，但是传统的补偿措施不能随着变化而及时变化，因此不能进行动态的补偿。但是在新的时期，配网线路中的动态补偿需求越来越重要，因此有必要积极研究配网线路中的动态补偿的新措施，改进传统补偿方式。传统补偿方式的滤波频率可调性比较差，而且补偿的效果受到配网线路中的阻抗以及运行状态的影响比较大，导致系统容易出现并联谐振的情况，可能导致用电器出现过载的现象，因此补偿效果可能很不理想，有必要研究新的补偿的方式。在新的世纪，随着科学技术的快速发展，现在很多科研人员正在研究有源电力滤波器补偿的可能性，将来这种补偿措施可以利用实时检测配网线路中的电压电流经计算机系统处理之后来发出补偿控制的指令，从而控制配网线路产生谐波补偿电流与系统中谐波电流相互抵消，最终滤除谐波。而且有源电力滤波器一方面可以实现滤波谐波，另一方面还可以实现无功动态补偿的作用，因此有源电力滤波器补偿是将来抑制无功补偿与谐波的重要措施与方法。在不同的配网线路中，还要根据具体情况，结合传统补偿方式，采用科学合理的补偿措施，使之达到好的经济效益与社会效益。同时相关科研单位要抓住机遇，发展新的可用的方式，促进电力系统的发展。

4 结语

目前，由于大量的用电器的使用，配电线路中的无功功率与谐波污染不断严重，这些日益影响工农业的正常生产，因此为了保证国民经济的可持续发展，有必要不断研究新的抑制无功功率与谐波的措施与方法，同时可以积极优化配网线路中的并联电容器以及串联电抗器的参数，采用综合的补偿技术，同时积极改进发电系统，这样才能提高配网线路中的供电质量。

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