配電網(wǎng)無功補(bǔ)償和諧波治理措施探討

曹紅娟　張興良

摘 要：配電網(wǎng)建設(shè)過程中，逐漸有更多非線性負(fù)荷，出現(xiàn)功率因數(shù)降低以及諧波污染等問題，進(jìn)而會(huì)對設(shè)備運(yùn)行效率以及線路系統(tǒng)電壓差值等產(chǎn)生嚴(yán)重影響，同時(shí)還會(huì)加大電能資源的浪費(fèi)。為提高配電網(wǎng)運(yùn)行效率，必須要對配電網(wǎng)無功補(bǔ)償以及諧波治理方面進(jìn)行深入分析，從現(xiàn)有基礎(chǔ)上來選擇合適的措施進(jìn)行優(yōu)化，減少諧波危害的產(chǎn)生，從根本上提高治理效果，文章就此方面內(nèi)容進(jìn)行了簡要分析。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；無功補(bǔ)償；諧波治理

社會(huì)生產(chǎn)生活中電力電子技術(shù)應(yīng)用更為廣泛，提高了生產(chǎn)效率，但同時(shí)其產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)也就更大，運(yùn)行時(shí)會(huì)存在大量諧波被注入到配電網(wǎng)中，出現(xiàn)諧波污染問題。同時(shí)，配電網(wǎng)在運(yùn)行時(shí)，受無功功率不足以及非線性沖擊負(fù)荷等因素影響，很容易出現(xiàn)電壓波動(dòng)或者閃變問題，不但會(huì)影響電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性，同時(shí)也會(huì)增大電能浪費(fèi)。因此，想要提高配電網(wǎng)運(yùn)行綜合效率，必須要加強(qiáng)對無功補(bǔ)償與諧波治理問題的研究。

1 配電網(wǎng)無功補(bǔ)償與諧波原理分析

1.1 無功補(bǔ)償

配電網(wǎng)在運(yùn)行過程中如果線路消耗過大或者變壓器損耗嚴(yán)重，就會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)線損故障，這樣如果想要降低電網(wǎng)運(yùn)行損耗，就需要做好線損研究管理，采取措施進(jìn)行優(yōu)化[1]。無功補(bǔ)償有效調(diào)理無功潮流的分布，達(dá)到降低電網(wǎng)損耗的目的，提高線路運(yùn)行綜合效率。

1.2 諧波

1.2.1 產(chǎn)生原因。在對電網(wǎng)非線性設(shè)備施加正弦基波電壓時(shí)，設(shè)備所吸收電流與施加電壓波形存在差異，這樣就會(huì)造成系統(tǒng)電流出現(xiàn)畸變。并且產(chǎn)生的諧波電流會(huì)隨著配電網(wǎng)直接進(jìn)入到電網(wǎng)系統(tǒng)中，影響電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性，進(jìn)而這些電力電子設(shè)備即為諧波源，如軟啟動(dòng)器、變頻器與整流器等。

1.2.2 諧波危害。第一，安全性。配電網(wǎng)運(yùn)行過程中存在大量的諧波危害，在很大程度上降低了電網(wǎng)運(yùn)行安全性。主要是因?yàn)橹C波電流會(huì)造成電路電壓與電流畸變，對繼電器保護(hù)檢測回路產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)或者拒動(dòng)，降低電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性[2]。第二，穩(wěn)定性。主要是針對系統(tǒng)內(nèi)各類電氣設(shè)備，受諧波影響會(huì)導(dǎo)致電機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)與噪聲，嚴(yán)重的甚至?xí)荒苷＿\(yùn)行。諧波電流增大，導(dǎo)致變壓器運(yùn)行溫度上升，加速絕緣老化，縮短各構(gòu)件壽命。同時(shí)，諧波的存在會(huì)降低對電氣測量儀表計(jì)量的準(zhǔn)確度，增大計(jì)量誤差。第三，經(jīng)濟(jì)性。諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響會(huì)貫穿到每個(gè)環(huán)節(jié)中，導(dǎo)致異步電動(dòng)機(jī)能量損耗增大，降低其使用效率，增大電力變壓器運(yùn)行損耗，使得設(shè)備實(shí)際使用容量降低，進(jìn)而會(huì)造成線損增加，產(chǎn)生更大的浪費(fèi)。

2 配電網(wǎng)無功補(bǔ)償與諧波治理裝置分析

2.1 無源濾波器

想要將電網(wǎng)中存在的諧波濾除，需要設(shè)置單獨(dú)釋放諧波的路徑，保證基波可以正常使用，而諧波短路在通過過濾器時(shí)，就可以保證其不進(jìn)入電容器系統(tǒng)，而直接流向諧波源。目前針對此我國常用的裝置為LC無源濾波器，使用時(shí)對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，確?？梢詫⑾胍獮V除諧波上的感抗與容抗抵消掉，確保諧波可以順利回到諧波源，降低對電網(wǎng)運(yùn)行以及電氣設(shè)備的影響[3]。另外，常用裝置還有高通濾波器，同樣具有低阻抗特點(diǎn)，并且一次性有效濾除多種諧波。

2.2 有源濾波器

配電網(wǎng)無功補(bǔ)償裝置中進(jìn)行諧波治理，所需裝置為有源濾波器，可以實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)電壓與電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最后得出補(bǔ)償指令，來控制主電路產(chǎn)生的諧波補(bǔ)償電流。裝置運(yùn)行原理即將兩股電流抵消，來將電網(wǎng)電流中存在的諧波消除掉，而只保留基波電流。同時(shí)，選擇用有源濾波器來治理諧波，可以跟蹤頻率與幅度發(fā)生變化的諧波，可以有效避免諧振問題的發(fā)生。并且將其應(yīng)用到無功補(bǔ)償裝置中治理諧波時(shí)，還可以抑制閃變，使用過程中具有更高的可控性與響應(yīng)性。

3 配電網(wǎng)無功補(bǔ)償與諧波治理措施分析

3.1 無功補(bǔ)償治理

3.1.1 集中補(bǔ)償。集中補(bǔ)償方式的應(yīng)用，即將電容器組集中設(shè)置在總壓降變電所6-10kV母線上，達(dá)到提高變電所功率因數(shù)的目的[4]。所應(yīng)用設(shè)備主要包括同步調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器以及并聯(lián)電容器等，具有寬泛的補(bǔ)償范圍，以及較大的補(bǔ)償容量調(diào)節(jié)范圍，無論是操作還是管理均具有較大的優(yōu)勢。選擇此種補(bǔ)償治理方式，可以有效平衡電網(wǎng)無功功率，達(dá)到降低線損與變壓器損耗的目的，有效提高電網(wǎng)功率因數(shù)。

3.1.2 分散補(bǔ)償。分散補(bǔ)償即通過設(shè)置電容器來對電力線路進(jìn)行無功補(bǔ)償，其中要合理確定安裝桿塔數(shù)量，并降低電容器控制難度，盡量選擇用避雷器與熔斷器等簡單裝置來進(jìn)行電容器保護(hù)。同時(shí)，為避免出現(xiàn)過補(bǔ)償問題，需要以實(shí)際運(yùn)行負(fù)載情況來選擇。與其他補(bǔ)償方式相比，分散補(bǔ)償將主要治理對象為電力線路以及公用變壓器，所需投資小，管理難度低，適合用于路徑較長、功率因數(shù)低以及負(fù)載較大的電網(wǎng)線路。

3.1.3 隨機(jī)補(bǔ)償。隨機(jī)補(bǔ)償即為低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并接在一起的方法，利用低壓電容器與保護(hù)裝置，來達(dá)到電動(dòng)機(jī)同時(shí)投切的補(bǔ)償。將此種補(bǔ)償方式應(yīng)用到配電網(wǎng)中，可以有效對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無功補(bǔ)償，在提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率的同時(shí)，降低配電線路運(yùn)行損耗。并且，隨機(jī)補(bǔ)償方式應(yīng)用時(shí)，可以與電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)保持一致，設(shè)備運(yùn)行時(shí)補(bǔ)償裝置投入，設(shè)備停止則補(bǔ)償裝置退出，能夠更好的適用配電網(wǎng)無功峰荷。

3.1.4 跟蹤補(bǔ)償。將低壓電容器組安裝在配電變壓器低壓側(cè)，將無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，來對變壓器設(shè)備進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)囊环N方式。此種方式主要應(yīng)用于100kVA以及以上專用配電變壓器，能夠完成對系統(tǒng)中無功負(fù)荷變化的有效跟蹤，實(shí)際應(yīng)用中具有良好的效果。

3.2 電網(wǎng)諧波治理

3.2.1 受端治理。受端治理即將受諧波影響的系統(tǒng)與設(shè)備作為對象，采取措施來提高其抗干擾能力。第一，確定合理供電方式。電網(wǎng)規(guī)劃階段需要與諧波源運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)合分析，確保所選供電方式合理，具有較大的容量，可以降低諧波對電網(wǎng)以及其他設(shè)備的影響。第二，避免諧波放大。將電力電容器安裝在電網(wǎng)中，來提高無功補(bǔ)償效率，為避免出現(xiàn)諧波放大現(xiàn)象，需要改變電容器串聯(lián)電抗器來限定電容器組投入容量，或者選擇用濾波器來替代部分電容器組，采取降低電容器對諧波的放大作用，達(dá)到提高電容器組運(yùn)行安全性的目的[5]。第三，抗干擾能力。結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)，對系統(tǒng)內(nèi)電力設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)優(yōu)化，提高其抗諧波干擾能力。同時(shí)改造對諧波敏感度高設(shè)備的保護(hù)裝置，來提高設(shè)備的諧波保護(hù)性能，這樣即便是在諧波超標(biāo)的情況下，設(shè)備也不會(huì)受到過大的損壞。

3.2.2 主動(dòng)治理。以諧波源為治理對象，降低其產(chǎn)生的諧波數(shù)。第一，重新設(shè)置運(yùn)行方式。即根據(jù)電氣設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)，所選設(shè)備要保證其相互之間具有諧波互補(bǔ)性，對于不存在此特點(diǎn)的裝置，應(yīng)分散或者交替使用，嚴(yán)禁使用諧波源多設(shè)備。第二，多重化技術(shù)?？梢耘c多流器配合使用，對變流器產(chǎn)生的方波進(jìn)行疊加處理，將頻率較低的諧波消除。第三，高功率因數(shù)變流器?？梢赃x擇用四象限變流器或者矩陣式變頻器等，其所產(chǎn)生的諧波較少，并且功率因數(shù)接近于1。

4 結(jié)束語

對配電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償與諧波處理研究，對提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性以及經(jīng)濟(jì)性均具有良好的效果。應(yīng)結(jié)合無功功率原理以及諧波產(chǎn)生原因，有針對性的采取措施進(jìn)行處理，最大程度上來降低諧波的產(chǎn)生，降低其對電網(wǎng)以及設(shè)備產(chǎn)生的影響。

參考文獻(xiàn)

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[3]景雷.配電站無功補(bǔ)償、諧波治理和節(jié)能措施的研究[D].上海交通大學(xué)，2009.

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[5]王剛.35kV變電站大容量諧波治理和無功補(bǔ)償技術(shù)及裝備[D].湖南大學(xué)，2012.