无功补偿和谐波治理

      功补偿和谐波治理是涉及电力电子技术、电力系统、电气自动化技术、电工理论等领域的重大课题，由于电力电子装置应用日益广泛，谐波和无功问题引起人们越来越多的关注。同时，也由于电力电子技术的飞速进步，在谐波治理和无功补偿方面也取得了一些突破性的进展。

一、无功补偿与谐波治理的意义

   无功补偿与谐波治理都与供电系统的电能质量密切相关。谐波治理本身就属于改善电能质量的范畴，而无功补偿装置在补偿负荷或系统无功功率的同时也直接调节了系统电压，在一些枢纽变电站利用电力电容器和相控电抗器及现代电力电子控制技术组成的静止无功补偿器（SVC）直接作为电压调控的手段，由于其响应迅速调控精准，工程应用十分满意。由此可见无功补偿也对电能质量的提高有着直接积极的意义。

（1）电能质量的现状

电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。理想状态的公用电网应以恒定的频率、正弦波形和标准电压对用户供电，并且在三相交流系统中，各相电压电流的幅值应大小相等、相位对称。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称，负荷性质多变、调控手段不完善等因素使这种理想的状态并不存在，由此产生了电能质量问题。电能质量包括供电电压质量、供电频率质量、供电电流质量，而其确切定义国内外尚无统一共识，进入90年代后，我国分别颁布了规范电能质量的技术标准，包括：

GB12325-1990  《电能质量  供电电压允许偏差》

GB/T14549-1993《电能质量  公用电网谐波》

GB/T15543-1995《电能质量  三相电压允许不平衡度》

GB/T15945-1995《电能质量  电力系统频率允许偏差》

GB12326-2000  《电能质量  电压波动和闪变》

其中，电压和频率均由电源进行控制，目前我国在发电和传输系统均进行了严格的控制，在电能的传输与使用过程中能够达到标准要求，而公用电网谐波属于双向传输污染，既可以由电源传递给电能用户，也可由电能用户传递到公用电网。随着我国经济建设和科学技术的发展，非线性用电设备的种类、数量和用电量正在迅猛增加，自上世纪90年代中后期，我国电网开始遭遇并迅速面临同发达国家的谐波污染问题，谐波问题由此成为电能质量中最为引人关注问题。目前研究和解决电能质量问题已成为电力发展的当务之急。主要的研究方向有以下几点：

a) 研究谐波对电网电能质量污染的影响并采取的相应对策。

b) 研究谐波对电力计量装置的影响并采取相应的措施。

c) 研究电能质量污染对高新技术企业的影响并应采取的相应的技术手段。

d) 加强电能质量控制装置的研制。

我国电能质量控制与治理技术在国家相关标准颁布之后已经取得一定成效，目前已经掌握了代表电能质量控制装置技术水平的电能质量控制器（ASCG）的技术，并生产出了相应产品，而目前只有美国、日本、德国掌握了这项技术，但大容量电能质量控制器的研制还与国外有一定的差距，还需进一步加强投入。

（2）无功补偿的意义

发电机发出的功率包含了有功功率和无功功率，有功功率通过各种设备转换为其他形式的能量直接产生经济效益，而无功功率只在电力系统内部不同设备间交换用以建立电力设备工作的电磁环境，其本身不做功不直接产生经济效益，因此称为无功功率。电力系统本身对无功功率的需求比有功功率大，若综合有功发电最大负荷为100%，则无功总需求约为120%~140%，它包括负荷的无功功率和线路、变压器的无功损耗，而发电机的功率因数一般大于0.8，所以单靠发电机发出无功功率是不能平衡电力系统无功需求的。

大量的无功功率在线路中传输将不可避免的造成输电线路、变压器损耗增大，造成线路电压降落并影响用户供电质量，直接从发电机索要无功将使发电机的有功出力减少，因此长距离输送无功功率也是电力系统不允许的。

用户无功缺乏将导致设备功率因数偏低，设备运行功率达不到额定功率，效率低下。所以为了减少有功损失和电压降落，释放变压器、发电机容量、提高用户设备利用率和电网供电质量，在负荷中心需要加装无功功率电源，进行无功功率补偿，以实现电力系统的无功功率平衡。此外根据当前国务院“节能减排”的工作部署，电力系统领域利用无功补偿提高设备的利用率、充分利用发电机的出力从而降低对化石燃料的需求也是“节能减排”的重要途径。

（3）谐波治理的意义

如前所述，谐波问题已成为电能质量中最为引人关注的问题，谐波会造成电力系统电压畸变，使电能的生产、传输和利用的效率降低，其危害还体现在：

a)  对用电设备安全运行的影响和危害，包括：

—— 引起各类电机和变压器的局部过热、过电压、机械振动和降低输出功率；

—— 增加电容器和电缆绝缘介质的局部放电和温升，引起机械振动，缩短使用寿命等。

—— 引起计算机及其系统的数据丢失、误显示、误传、元件损坏等事故；

—— 引起电视机图像变坏、翻滚，引起其他视听设备的杂音等。

b)  对电力系统安全运行的影响和危害，包括：

—— 降低断路器、避雷器、电压互感器的正常功能，严重时直接损坏这些设备；

—— 引起继电保护和其他自动装置的误动、拒动或损坏，直接危及系统的安全运行；

—— 增大电力系统的线损，增加电能表和其他常规表计的误差。

c)   对通信系统的电磁干扰，引起电话杂音，有时出现过电压等。

由谐波引起的诸多问题可以看到谐波治理已是刻不容缓，降低谐波产生的危害将对社会生活、工业生产产生巨大效益，谐波治理的意义更可以上升到治理环境污染、维护绿色环境的角度来认识，对于电力系统这个环境来说，无谐波就是“绿色”的主要标志之一。

（4）无功补偿与谐波治理的关系

无功补偿主要用于补偿系统无功功率，谐波治理主要用于净化电网谐波污染，虽然二者分属不同的领域和研究方向，但他们之间的紧密联系以体现在实际应用的各个方面。总结来说主要有以下几点原因：

a)  谐波治理属改善电能质量的范畴，无功补偿同样可以改善供电系统的电压质量,因此在电能质量领域二者有此紧密联系。

b)  在无谐波的情况下，无功功率有其固定的概念和定义，而在含有谐波的情况下，无功功率的定义和谐波有密切的关系，谐波除其本身的问题外，也影响负载和电网的无功功率，谐波功率不产生任何效益，也可认为是“无功”功率。

c)  产生谐波的装置同时也大都是消耗基波无功功率的装置。

d)  目前为止谐波治理装置大都是补偿基波无功功率的装置，如广泛应用于各领域的LC滤波器。

正因此，谐波治理和无功补偿在实际应用领域经常被提在一起。

 

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