電力電子技術(shù)與諧波抑制、無功功率補(bǔ)償技術(shù)研究

沈敏+楊軍

摘要：隨著科技的發(fā)展和時代的進(jìn)步，電力電子是一門新興起的綜合性技術(shù)，該技術(shù)的發(fā)展和提升已達(dá)到了能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)控制和調(diào)整的階段，并且能夠?qū)﹄娔苓M(jìn)行高效率的變換。新興的電子電力技術(shù)不僅能夠提升輸電的能力，且能夠降低電力的損耗。本文較詳細(xì)的對電子電力技術(shù)進(jìn)行了闡述，然后簡單地概括無功功率的影響和諧波的危害，從而進(jìn)一步引出現(xiàn)如今我國無功功率補(bǔ)償技術(shù)以及抑制諧波的情況。

關(guān)鍵詞：電力電子；諧波抑制；無功功率

前言：

電子電力技術(shù)是二十一世紀(jì)兩大重要技術(shù)之一，不但要求人們合理高效的使用現(xiàn)有電力資源，且要求運(yùn)用現(xiàn)有電力資源來獲得最佳經(jīng)濟(jì)收益，由此可見電力技術(shù)促進(jìn)了電力系統(tǒng)的進(jìn)步和發(fā)展。然而電子電力技術(shù)在促進(jìn)電力系統(tǒng)進(jìn)步的同時，其電力裝置和設(shè)備已成為主要的諧波來源，而且與此同時消耗了無功功率，電力裝置設(shè)備產(chǎn)生的諧波已經(jīng)嚴(yán)重的影響了電力技術(shù)的進(jìn)步，因此，解決無功功率和諧波污染的問題，已成為了當(dāng)今電子電力技術(shù)企業(yè)迫在眉睫的事情。

1、電子電力技術(shù)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用現(xiàn)狀

電子電力技術(shù)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，其在電力系統(tǒng)不同等級電壓中都有分布，特別是半導(dǎo)體裝置和設(shè)備應(yīng)用比較多，能夠應(yīng)用于日常生活，例如家用電器開關(guān)和電源，手機(jī)充電器和電池，除此之外還可以應(yīng)用于直流輸電中的變壓器以及換流器；還能夠應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，例如變頻器、調(diào)壓器、整流器等。

（1）SVC技術(shù)即靜態(tài)無功補(bǔ)償器，用于新型固態(tài)開關(guān)，該設(shè)備顯著的特點就是基本元件晶閥管，在替代機(jī)械開關(guān)的情況下，用控制電抗器和控制電容器的方式完善輸電導(dǎo)納的功能，從而實現(xiàn)頻繁且快速地改變輸電系統(tǒng)的導(dǎo)納功能的目的，具有速度快、周期短的特點。靜止無功補(bǔ)償器主要的四種形式之一就是可控硅控制空芯電抗器型（SVC），因其有反應(yīng)迅速且靈敏、運(yùn)行可靠、價格便宜、使用范圍廣、等特性，所以在工業(yè)較發(fā)達(dá)國家的工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，這已經(jīng)發(fā)展成為主流形式，一般情況下，SVC由可變的或者是固定的電容器支路和系統(tǒng)中可控支路進(jìn)行并聯(lián)而組成的，可分為TCR、TSC和TCT以及SSR這四種類型，TCR型的SVC反應(yīng)速度是最快的，且不但運(yùn)行可靠，且在價格和分相調(diào)節(jié)以及使用范圍也具有比較大的優(yōu)點。隨著SVR技術(shù)優(yōu)勢進(jìn)一步的普及，其在工業(yè)生產(chǎn)用電方面和輸電配電領(lǐng)域必將得到全面的發(fā)展和推廣。

（2）HVDC技術(shù)即高壓直流電技術(shù)，在世界上所有國家中高壓直流電技術(shù)工程已經(jīng)達(dá)到50多個，其主要應(yīng)用于大容量、遠(yuǎn)距離的輸電工程，該技術(shù)具有交流電一些沒有的特點，因此對于大容量遠(yuǎn)距離的輸電工作而言，采用HVDC技術(shù)更經(jīng)濟(jì)適用、更合理，考慮到我國的地勢特點：縱橫地界廣、地域遼闊及能源分布不平衡等特點，發(fā)展HVDC技術(shù)顯得更加重要。

（3）CP技術(shù)即用戶電力技術(shù)，其目的是在配電時，提高供電質(zhì)量，加強(qiáng)供電可靠性，具有代表性象征性的CP產(chǎn)品包括：動態(tài)電壓恢復(fù)器、電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器、故障電流限制器等。CP技術(shù)能夠增大傳輸電力的能力、提升FACTS技術(shù)的思想核心和交流輸電系統(tǒng)的核心一致，F(xiàn)ACTS技術(shù)和CP技術(shù)具有很多相似之處，例如電力電子技術(shù)是二者共同的最基礎(chǔ)的技術(shù)，二者控制器的功能和構(gòu)造基本一致，由此可見，F(xiàn)ACTS與CP技術(shù)合為一體是電子電力技術(shù)的發(fā)展趨勢。

2、無功功率的影響與諧波的危害

在當(dāng)今生產(chǎn)生活的過程中，廣泛應(yīng)用的電力電子技術(shù)雖然推動了電力系統(tǒng)的發(fā)展，但是電子電力設(shè)備無疑成為諧波源最主要的來源，并且不斷消耗無功功率，造成的諧波污染也對電力系統(tǒng)正常運(yùn)行有嚴(yán)重影響。在電子電力技術(shù)運(yùn)用中，負(fù)載、變壓器以及電抗器等電力裝置采用的是相控的方式，在其工作環(huán)境內(nèi)，不僅會消耗大量無功功率，而且還會造成諧波污染，接下來我們來分析諧波污染所帶來的危害及無功功率產(chǎn)生的影響。

2.1、諧波危害

諧波的危害大致上能夠分為四類，造成附加的諧波損耗，在諧波通過電力設(shè)備是會產(chǎn)生多余的諧波損耗，從而降低用電設(shè)備和供電設(shè)備使用效率；影響電子電力設(shè)備正常的工作，諧波污染能夠引起過電壓或者是過電流，從而使得電力設(shè)備受熱嚴(yán)重，縮短電子設(shè)備使用壽命；導(dǎo)致諧波放大，引起局部電網(wǎng)的諧波變大，還可能會產(chǎn)生并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而損害電子電力設(shè)備甚至引發(fā)安全事故；造成自動裝置與繼電保護(hù)的誤動作或者是拒動作。諧波污染會影響電力設(shè)備正常運(yùn)行，使其使用壽命縮短，且對電力系統(tǒng)周圍的精密儀器，例如計算機(jī)設(shè)備、通訊工具等造成影響，從而降低儀器精密度，綜上可得諧波污染的影響面比較廣且影響力大，必須采取措施對還現(xiàn)象加以控制。

2.2、無功功率產(chǎn)生的影響

對于無功功率造成的影響，也大致可以分為四類，電路以及電子電力設(shè)備損耗增加，無功功率也增大，這就表示總電流的增大，從而造成設(shè)備，電路的損耗；變無功波動導(dǎo)致電壓波動，若無功負(fù)載有強(qiáng)烈沖擊性那么就會造成電壓劇烈波動；電壓器壓降增大，導(dǎo)致電壓的上下波動也變大，就可能造成安全事故發(fā)生；除此之外，無功功率的增加還可能會使得電子電力裝置及測量儀表規(guī)格變大。

不管是無功功率還是諧波污染，它們都可能對電子電力設(shè)備正常的運(yùn)行造成嚴(yán)重影響，甚至還可能危及到國家與人民的生命財產(chǎn)安全，及時認(rèn)識到無功功率產(chǎn)生的影響和諧波的危害，以及提出針對抑制諧波的方法和無功功率補(bǔ)償技術(shù)的探討，是一個刻不容緩的課題。 所以下文具有針對性地探討了關(guān)于諧波抑制的現(xiàn)狀方法和無功功率補(bǔ)償技術(shù)。

3、諧波抑制現(xiàn)狀與無功功率補(bǔ)償技術(shù)現(xiàn)狀

3.1、諧波抑制現(xiàn)狀

關(guān)于諧波抑制的方法大概是有兩種，第一種就是通過加大變流器相數(shù)等來改善諧波源，第二種就是濾波，能夠用無源LC濾波器或者是有源電力濾波器來進(jìn)行濾波。

其中無源LC濾波器有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性和可行性高且運(yùn)行金額以及投資比較低等特點，因此工業(yè)生產(chǎn)中該技術(shù)的應(yīng)用比較多，目前是我國諧波抑制的主要方法和補(bǔ)償無功的主要手段。最簡單的無源LC濾波器就是單調(diào)諧LC濾波器，其主要被用來抑制有某種特點的次諧波，濾波器支路與諧振串聯(lián)而形成低阻抗通路，這使得諧波電流盡小可能流入電網(wǎng)，從而達(dá)到諧波抑制的效果。

3.2、無功功率補(bǔ)償技術(shù)現(xiàn)狀

眾多工程的供電系統(tǒng)，一般會采取并聯(lián)電容器來到達(dá)提高功率因素、補(bǔ)償無功功率的目的，并聯(lián)電容器按照不同的安裝位置能大致分為三種：一種是分區(qū)進(jìn)行補(bǔ)償，將電容器組安裝于相對應(yīng)區(qū)域的母線上，這種方法雖然補(bǔ)償效果顯著，但是補(bǔ)償區(qū)域比較小，具有明顯的限制性；一種是集中進(jìn)行補(bǔ)償，把電容器集中的安裝在對應(yīng)呢母線上，提升功率因數(shù)，從而減少無功損耗；一種是就地進(jìn)行補(bǔ)償，就是在負(fù)載設(shè)備附近安裝電容器組，從而達(dá)到就近補(bǔ)償效果，該補(bǔ)償方案雖提升了功率因數(shù)，改善了電壓的質(zhì)量，但由于電容器是分散安裝的，導(dǎo)致維護(hù)的工作量增大。

4、結(jié)束語

綜上所述，本文首先簡單描述了電子電力技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，進(jìn)而分析了諧波污染危害及無功功率產(chǎn)生的影響，最后通過闡述無功功率補(bǔ)償技術(shù)與諧波抑制的現(xiàn)狀，說明了對無功功率補(bǔ)償技術(shù)和諧波抑制技術(shù)所做出的研究，確保電子電力技術(shù)給人們帶來便利，與此同時最大程度減少諧波污染與無功功率給人類生活以及工業(yè)生產(chǎn)帶來的麻煩，更合理更安全的應(yīng)用電子電力技術(shù)。 可見，加強(qiáng)對諧波抑制和無功功率補(bǔ)償技術(shù)以及電子電力技術(shù)的研究和發(fā)展力度，對促進(jìn)電力行業(yè)的穩(wěn)定、健康、持續(xù)的發(fā)展有重要現(xiàn)實意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王明全.帶諧波抑制的無功補(bǔ)償理論分析及設(shè)計應(yīng)用[J].建筑電氣，2013（04）.

[2]高飛.油田電力系統(tǒng)無功功率補(bǔ)償[J].油氣田地面工程，2013（10）.