电力平台谐波抑制及无功补偿方式概述

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1、电力平台谐波抑制及无功补偿方式概述1绪论1.1课题研究的背景和意义21世纪以来，全球工业化进程飞速发展，人们开始越来越关注保护环境和节约能源的课题，电力系统可以说也是一种环境，也同样面临着污染方面的问题[1]。因此如何能令人类使用安全可靠、质量优良、经济实惠的电能成为近年来的研究重点。国家早在十一五规划纲要中就明确提出，要通过开发推广新技术，实现节能目标的战略决策。目前全球基本上将节能的重点领域放在工业、交通这两个与人们生活息息相关的方面，其中工业是侧重点。工业用电的特点是：不论是用电还是配电系统中均存在着大量的问题，这些问题均与无功和谐波息息

2、相关。现代电力系统中，电力电子技术的飞速发展，使得电力系统中电力电子器件的应用呈现越来越普遍的现象。很多电力电子设备工作时均会对电力系统造成谐波污染，功率因数降低等电能质量问题。再加上科技如此发达的现代社会中，人们在电网中大量使用各种具有不对称、冲击性、波动性和非线性的负载，长此以往电力系统中的谐波污染、电压波动及电压跌落等问题越发不可收拾，从而大大降低电能质量[2]。电网电压与无功密切相关，大量谐波注入电网很大程度的影响电力系统正常运行。由于我国特殊的经济模式、辽阔的地理环境和资源分布不均等客观因素更加剧影响了电力系统的发展，形成了发电厂和负

3、荷分布不均的结果，因此大范围的远距离输电更能符合我国对电网的需求。面对上述问题就需要我国电力系统具备良好的传输能力和暂态稳定性能，这些全是跟无功供应密切相关的，故无功装置必不可少。非线性负载的增加导致公用网络中的谐波源数量也随之增多，以至于电网电能质量问题日益严重。因此，对电网进行谐波抑制和无功补偿的研究完全符合科学发展观和可持续发展战略。1.2影响电能质量的因素从字面上直译，电能质量就是系统中电能的质量，和发电、供电、配电、用电四大系统及电力系统设备正常工作时的电流、电压偏离规定的指标差值密切相关。电网中具体将其定义为导致用电系统无法再正常工

4、作或发生故障时的电流、频率或电压与正常工作时的差值，通常用这三个差值、电压波动、闪变和三相不平衡等这些标准来衡量电能质量的高低[3]。目前工业上涉及最多的电能质量问题是电压问题和谐波问题，频率问题不太常见。影响电能质量问题的因素有以下几个方面：（1）电力系统出现的运行故障会造成电能质量问题，比如常见的雷击就会使发电励磁系统工作状态发生严重改变。（2）非线性负载，现在人们无论在工业用电上，还是在生活用电过程中，都使用着大量的非线性负载。例如变流器，整流器等电力电子器件运行时吸收大量无功的同时会发出大量的谐波。（3）电力系统的非线性，例如同步发电机

5、在实际运行时，它的感应电动势会因为受谐波影响发生振荡，所以电动势波形就不再是理想的正弦波，从而影响系统稳定运行。长期以来对于电力系统来说电能质量问题多源于系统侧，如当系统运行状态处于非正常运行状态时，往往采取的治理措施有投入电源，投入补偿电容器，启动大电动机等。另外就是像由于天气原因、人为操作或器件损坏等客观因素也会影响电能质量。近年来负载侧对电能质量的影响呈增长趋势，从一些低压小容量的家用电器到高压大容量的工业装置，都能引发电网电流和电压波形的畸变[4]。例如煤矿中的电机车，在运行时会发生谐波浪涌及无功冲击现象，还有许多电弧设备往往会产生大量

6、谐波。针对这些问题，就要求各个生产单位在生产使用设备的同时也要努力对原来的设备进行升级改造，但是由于技术受限往往改进措施达不到治标的目的。近年来，电能质量问题日益明朗化，现在可以说电能质量问题的内涵就是谐波和无功问题。随着大功率可关断器件和P技术的发展，再加上数控技术（DSP）在电力系统中的广泛应用，电能质量的控制和管理得到了质的跨越，致使越来越多学者加入了对它的研究之中。2电网谐波分析及其抑制2.1谐波产生的危害及谐波标准本文所讨论的是电力系统中的谐波，当电流流经非线性负载时，电压施加在非线性电路上，电流会因为振荡等原因形成非正弦波，这时电路

7、中就有谐波产生。谐波频率是指频率为基波的整数倍的电流中包含的电量，是用傅里叶级数分解周期性的非正弦波形后，得到的频率与工频相同的分量（基波）和一系列为基波倍数的正弦波分量[15]。由表2.1、2.2可见谐波电压限值与电流限值呈相互对应关系，因此可以根据谐波电流值和电压值对谐波情况进行判断。设短路容量为a，基准短路容量为b，此时谐波电压限流值不变，谐波电流值为：acb，其中c为谐波电流限流值，由此可得，a越大，允许的谐波电流限流值也就越大。2.2谐波治理的措施抑制谐波的根本在于使电力系统谐波源产生的谐波减少甚至消除，具体方法一为受端治理，也就是采

8、取措施从受谐波影响的设备和系统处选择将那些谐波吸收；二为主动治理，即减少谐波源的谐波含量；三为被动治理[18]，这也是现在研究的重点。具体措施是外加滤