供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償與諧波抑制分析

葉國(guó)華

【摘 要】本文主要介紹了供電系統(tǒng)中的無(wú)功補(bǔ)償與諧波抑制產(chǎn)生原因和其原理的分析討論，同時(shí)進(jìn)一步指出了現(xiàn)在的發(fā)展現(xiàn)狀和一些不足之處，并分析了一些解決方法，希望能起到拋磚引玉的作用。

【關(guān)鍵詞】無(wú)功補(bǔ)償；諧波抑制；方法

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是在微電子和計(jì)算機(jī)方面的發(fā)展，并帶動(dòng)了以此為基礎(chǔ)的自動(dòng)化系統(tǒng)的不斷完善，同時(shí)對(duì)供電系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展提出了新的要求。不僅要求供電系統(tǒng)擁有更高的可靠性，對(duì)電源的質(zhì)量也提出了新的要求，所以無(wú)功補(bǔ)償與諧波抑制的作用就顯得尤為重要。

1.供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償與諧波抑制的提出

供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償與諧波抑制的提出主要是針對(duì)供電系統(tǒng)中出現(xiàn)的無(wú)功功率和諧波的問(wèn)題。前人主要研究供電的可靠性，以確保供電的持續(xù)性，在主要工程的供電系統(tǒng)中，采用公用電網(wǎng)連接和雙回路置內(nèi)部備用電站以及設(shè)置內(nèi)部備用電站等。但是由于科技的進(jìn)步，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的進(jìn)步，在供電方面的要求也更進(jìn)一步，為滿足這些更高的要求在系統(tǒng)中添加了一些特定的裝置，然而這些裝置在提供更強(qiáng)保護(hù)的同時(shí)卻反過(guò)來(lái)影響了供電的質(zhì)量，其不但要產(chǎn)生大量的諧波電流，還會(huì)消耗很多的無(wú)功功率，從而造成浪費(fèi)。

再者，由于以前的工程中安裝的電子設(shè)備較少，一些諧波產(chǎn)生的影響不明顯，所以沒(méi)有安裝消除諧波的裝置，而現(xiàn)階段的工程已經(jīng)具有越來(lái)越多的電子裝置，從而諧波的的問(wèn)題也越來(lái)越明顯，引發(fā)了更嚴(yán)重的供電需求難以滿足的問(wèn)題。而且生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的諧波，入侵工程內(nèi)部的供電系統(tǒng)，并可能對(duì)一些電子設(shè)備造成損害。為了解決這一矛盾需求所引發(fā)的問(wèn)題，進(jìn)一步提高電源的質(zhì)量，同時(shí)由于多數(shù)的變流器負(fù)載呈感性，其和負(fù)載的運(yùn)行對(duì)無(wú)功功率的要求很是必要，而且電子裝置所產(chǎn)生的諧波污染對(duì)用戶和供電系統(tǒng)產(chǎn)生了很大的影響，因此無(wú)功補(bǔ)償與諧波抑制的提出和研究就顯得尤為重要。

2.供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償與諧波抑制的方法

上文已經(jīng)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償與諧波抑制的提出做了一定的闡述，了解到無(wú)功功率和諧波產(chǎn)生的原因和一些危害，為了進(jìn)一步適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，盡可能減小這些危害，并提高效率，以下將分別對(duì)無(wú)功補(bǔ)償和諧波抑制的方法和它們的一些優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行論述。

2.1無(wú)功補(bǔ)償

在大多數(shù)的供電系統(tǒng)中，由于阻感型負(fù)載所占的大比例，最終的等效負(fù)載呈感性，從而在系統(tǒng)的負(fù)載運(yùn)行中進(jìn)行無(wú)功功率的補(bǔ)償非常重要，但是所需要的這些無(wú)功功率必須有一定的來(lái)源方向。如果僅僅依靠發(fā)電機(jī)來(lái)提供，就需要有一個(gè)較長(zhǎng)的運(yùn)輸距離，這樣做的結(jié)果必定會(huì)造成用電系統(tǒng)的一定的效率損失，在產(chǎn)生損失的同時(shí)，大量無(wú)功電流還會(huì)對(duì)電路造成一定程度的損害，使電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)加重，這樣做的后果不僅降低電能的利用率，還會(huì)降低運(yùn)輸電能的能力，造成供電的質(zhì)量的下降。

對(duì)供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償有很多方法，但大多還是采用并聯(lián)電容器補(bǔ)償無(wú)功功率。當(dāng)開(kāi)始進(jìn)行供電時(shí)，為了對(duì)無(wú)功和電壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，都裝有自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)壓。

由于電容器的不同安裝位置，并聯(lián)電容器補(bǔ)償有三種不同的方式，分別是把電容器集中安裝在母線上，分區(qū)補(bǔ)償和就地補(bǔ)償。集中安裝在母線上的方式可以使整個(gè)變電所的功率因數(shù)大大提高，同時(shí)還能減少進(jìn)線線路的無(wú)功損耗。而分區(qū)補(bǔ)償是將電容器組裝在分區(qū)的母線上，這些母線的功率因數(shù)都是比較低的，這樣提高了補(bǔ)償效果但是補(bǔ)償?shù)姆秶蝗缂邪惭b在母線上的范圍大。就地補(bǔ)償是將電容器組或者電容器組裝在負(fù)載設(shè)備的周?chē)?，從而進(jìn)行就地補(bǔ)償，這種方式主要是應(yīng)用在感性設(shè)備上，這樣不僅可以提高供電設(shè)備的功率因數(shù)，還起到提高供電設(shè)備電壓質(zhì)量的作用，但是這樣做會(huì)造成由于安裝分散的原因，增加很大的維護(hù)工作。

現(xiàn)階段，集中補(bǔ)償?shù)氖褂梅秶容^廣泛，這樣使線路的電壓損耗得到減少，不過(guò)隨著電容器的發(fā)展，我們可以盡可能根據(jù)工作中的實(shí)際情況來(lái)采取最合適的方式，使分區(qū)補(bǔ)償和就地補(bǔ)償?shù)玫礁鼜V泛的應(yīng)用，從而使補(bǔ)償?shù)男ЧM(jìn)一步得到提升。

2.2諧波抑制

供電系統(tǒng)諧波的抑制方法有兩種，一種是通過(guò)濾波的方式，本質(zhì)上就是釋放諧波，這樣做可以在使諧波短路得情況下，基波安全保留。主要是采用無(wú)源LC濾波器和有源電力濾波器。另一種是通過(guò)對(duì)諧波源進(jìn)行改造，這點(diǎn)可以通過(guò)變流器相數(shù)的提高和采用高功率因數(shù)整流器等做到?，F(xiàn)階段，在實(shí)際的工程上對(duì)無(wú)源LC濾波器的使用比較廣泛，它的花費(fèi)少，穩(wěn)定性高，且簡(jiǎn)單易懂。

3.國(guó)內(nèi)外供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償與諧波抑制的發(fā)展

目前采用的無(wú)功補(bǔ)償方法，即利用電容器進(jìn)行補(bǔ)償，由于這種方法本身的缺點(diǎn)，以靜態(tài)補(bǔ)償?shù)姆绞絹?lái)應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)的變化的局限性，已經(jīng)越來(lái)越難以滿足供電系統(tǒng)的日新月異的發(fā)展了。新的階段，對(duì)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊笠苍絹?lái)越急迫，尤其在戰(zhàn)爭(zhēng)中，利用電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)是非常容易被作為敵人攻擊的漏洞之處。

未來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)的無(wú)功補(bǔ)償?shù)难芯繉⒆兊迷絹?lái)越重要，可喜的是先階段國(guó)內(nèi)外已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，出現(xiàn)了應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)變化的裝置。例如靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG），就是在電網(wǎng)上并聯(lián)上自換相橋式電路（或者通過(guò)并聯(lián)電網(wǎng)和電抗器），通過(guò)對(duì)輸出的電壓相位、幅值等的改變，滿足無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊?。如今美?guó)和日本在這方面已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用了，以此看出未來(lái)的發(fā)展必是對(duì)無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償領(lǐng)域的研究。

同時(shí)現(xiàn)階段對(duì)諧波的抑制也同樣達(dá)不到發(fā)展的要求。盡管無(wú)源LC濾波器有很多的優(yōu)點(diǎn)，但是在調(diào)節(jié)性方面差強(qiáng)人意，而且在補(bǔ)償方面很容易受到電網(wǎng)阻抗和進(jìn)行狀態(tài)的干擾，和所在系統(tǒng)產(chǎn)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波進(jìn)一步加大，超出濾波器的承載范圍，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀機(jī)器，所以產(chǎn)生的效果并不理想。

如今，有源電力濾波器的發(fā)展出現(xiàn)在我們的視野之內(nèi)，并使對(duì)以上的缺點(diǎn)的改善有了希望。有源電力濾波器可以隨時(shí)對(duì)電網(wǎng)中的電壓和電流進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)內(nèi)部程序的運(yùn)行得到相應(yīng)的補(bǔ)償指令，從而使主電路中產(chǎn)生一定的諧波補(bǔ)償電流，來(lái)對(duì)抗電網(wǎng)中在運(yùn)行中產(chǎn)生的諧波電流，以達(dá)到抵消諧波的目的，實(shí)現(xiàn)智能濾波。有源電力濾波器在實(shí)現(xiàn)濾波的情況下，還可以進(jìn)行無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，它是目前為止這一領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)重要的研究。

4.總結(jié)

由于現(xiàn)階段供電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償與諧波抑制的方法在實(shí)際的工程使用中都存在這樣或那樣的優(yōu)點(diǎn)或者缺點(diǎn)，但在以后的改進(jìn)中，應(yīng)該吸取每一個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)缺點(diǎn)，提高無(wú)功補(bǔ)償與諧波抑制產(chǎn)生的效果。在以后的開(kāi)發(fā)研究中要盡量保持與時(shí)俱進(jìn)，貼合現(xiàn)有的技術(shù)發(fā)展水平，使其與工程相適應(yīng)。 [科]

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