配電網(wǎng)無(wú)功和諧波控制的節(jié)能技術(shù)研究

劉蘭超

摘要：我國(guó)電力行業(yè)隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展而發(fā)展迅速。近年來(lái)隨著我國(guó)綜合國(guó)力的不斷提升，科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域也取得了重大突破，我國(guó)的電力事業(yè)也在不斷改進(jìn)，但是隨著人們用電需求的增大和對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的高要求，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足日常生活的需要。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)無(wú)功和諧波控制;節(jié)能技術(shù)

引言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展離不開(kāi)電力行業(yè)的大力配合。目前，在國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)系統(tǒng)中，無(wú)功補(bǔ)償與諧波控制技術(shù)應(yīng)用普遍，它可以有效的減少電力系統(tǒng)中無(wú)功功率的流動(dòng)，降低損耗實(shí)現(xiàn)節(jié)能，提高電能質(zhì)量及輸電網(wǎng)的輸送能力。目前我國(guó)配電網(wǎng)的矛盾主要是缺少電壓調(diào)整與無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆椒?，使得配電網(wǎng)輸電能力較低，所以針對(duì)我國(guó)的配電網(wǎng)狀況需要增強(qiáng)無(wú)功補(bǔ)償與諧波控制技術(shù)，這樣可以有利于負(fù)荷端電壓的穩(wěn)定以及增高配電網(wǎng)輸電能力，同時(shí)可以減少消耗實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

1諧波的定義及其產(chǎn)生原因

（1）諧波的定義。諧波是區(qū)別于正常波段的一類波形，諧波所具有的頻率是正常電流波段所具有頻率的整數(shù)倍，諧波的電量是基波頻率整數(shù)倍電流所產(chǎn)生的，在這個(gè)過(guò)程中通常伴有傅立葉級(jí)數(shù)的分解。廣泛的來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生交流電的頻率一般為單一頻率，也被稱作工頻頻率。所以只要是與工頻頻率不在一個(gè)波段的波形都被認(rèn)為是諧波，此時(shí)諧波的定義已經(jīng)不在局限于原有的單一解釋。因此也演變出分?jǐn)?shù)諧波、簡(jiǎn)諧波、次諧波等不同的定論和稱謂。（2）產(chǎn)生諧波的因素。諧波的產(chǎn)生主要來(lái)自于以下三方面：一是發(fā)電機(jī)的質(zhì)量不過(guò)關(guān)導(dǎo)致諧波的產(chǎn)生，在三相繞組的制作時(shí)如果做不到很好的對(duì)稱，鐵芯也會(huì)隨之偏離原有的方向。從而產(chǎn)生少量的諧波，影響電力系統(tǒng)運(yùn)行。二是在電能輸送中產(chǎn)生諧波，主要是變壓器鐵芯上的電磁力達(dá)到飽和，再繼續(xù)加大電流的輸送量會(huì)使原本的正弦波頂端發(fā)生銳變。鐵芯的飽和越高，正弦波的變化也越大，二次諧波和三次諧波產(chǎn)生頻率也越高。三是用戶處產(chǎn)生的諧波，像洗衣機(jī)、電視等家用電器，本身具有的特性就決定了諧波的產(chǎn)生。

2諧波的危害

諧波危害大致可以分為四類，產(chǎn)生附加諧波損耗，諧波通過(guò)令配電網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生額外的諧波損耗，來(lái)達(dá)到降低供電設(shè)備和用電設(shè)備的使用效率的目的;影響設(shè)備正常工作，諧波污染可以引起過(guò)電流或過(guò)電壓，從而使配電網(wǎng)設(shè)備嚴(yán)重受熱，縮短設(shè)備的使用壽命;引起諧波放大，諧波在引起公用的局部電網(wǎng)諧波變大，甚至?xí)a(chǎn)生串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振，從而引起配電網(wǎng)設(shè)備的損傷甚至發(fā)生安全事故;導(dǎo)致自動(dòng)裝置和繼電保護(hù)的拒動(dòng)作或誤動(dòng)作。諧波污染不僅會(huì)影響配電網(wǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行，縮短其使用壽命，而且對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)附近的精密儀器，如通訊工具、計(jì)算機(jī)設(shè)備造成影響，降低儀器的精密度，由此可見(jiàn)諧波污染影響面廣，影響力大，我們必須對(duì)此采取措施加以控制。

3配電網(wǎng)無(wú)功和諧波控制的節(jié)能技術(shù)

3.1調(diào)大整流變壓器相數(shù)

電網(wǎng)系統(tǒng)中的大多數(shù)設(shè)備都具有整流元件，整流元件的存在也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的諧波，無(wú)疑使配電網(wǎng)絡(luò)的做功受到影響。擴(kuò)大整流變壓器的相數(shù)或脈動(dòng)數(shù)，能在一定程度上降低諧波對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的影響，這也是工程經(jīng)常用到的手段之一但是該技術(shù)手段所需要的投資較大，一些小型企業(yè)無(wú)法負(fù)擔(dān)相關(guān)的費(fèi)用，因此該方法并不能在電力系統(tǒng)的研究中大量普及，該技術(shù)多用于大型電廠的整流裝置。

3.2有源濾波器（APF）

有源濾波器采取的是PWM控制的變流器提供與補(bǔ)償電流或電壓極性相反的電流或者電壓，以控制非線性負(fù)載產(chǎn)生的有害電流（電壓）在電力系統(tǒng)中的流動(dòng)。也就是說(shuō)有源濾波器就是通過(guò)可控制的電力電子器件向電力系統(tǒng)中加入了與系統(tǒng)中諧波電流幅值相等、極性相反的電流，使電力系統(tǒng)中總諧波的電流為0，達(dá)到了實(shí)時(shí)補(bǔ)償電流的目的。與無(wú)源濾波器相比，有源濾波器具有以下特點(diǎn)：（1）具有較高的可控性和快速的響應(yīng)性;（2）一機(jī)多能的特點(diǎn)：能補(bǔ)償各次諧波、補(bǔ)償無(wú)功、控制閃變;（3）不受系統(tǒng)阻抗的影響;（4）具有自適應(yīng)功能;（5）可以對(duì)多個(gè)諧波進(jìn)行集中治理;（6）具有較高的性價(jià)比。但有源濾波器同樣也存在著一些不足，系統(tǒng)之中具有高次諧波，價(jià)格昂貴，單臺(tái)容量也較低。目前，電力半導(dǎo)體器件向高頻化、大容量趨勢(shì)發(fā)展，而且元件的性價(jià)比也在不斷的提高，如有源濾波器既能補(bǔ)償無(wú)功又能補(bǔ)償諧波的綜合裝置必然有很好的發(fā)展前景。

3.3在技術(shù)支持的條件下盡量提高功率因數(shù)

這里指的功率因數(shù)也是整流器的，在傳統(tǒng)消減諧波的方法中，整流器多重化是常見(jiàn)的方法之一。但是通過(guò)多重化組成的整流器在提高功率因數(shù)方面還有一定的局限和缺陷。因此在整理流器開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)就要注意對(duì)其本身的材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行仔細(xì)的研究與改造，使電流與電壓在同一相位上，從而達(dá)到提高整流變壓器功率因數(shù)的目的。

3.4人工魚(yú)群算法

人工魚(yú)群優(yōu)化算法（AFSA）是一種模擬魚(yú)群行為的隨機(jī)搜索優(yōu)化算法，主要利用魚(yú)的覓食、聚群行為，通過(guò)魚(yú)群中各個(gè)體的局部尋優(yōu)來(lái)實(shí)現(xiàn)全局尋優(yōu)，具有對(duì)初值和參數(shù)要求不高，克服局部極值、更好地協(xié)調(diào)全局和局部搜索能力等優(yōu)點(diǎn)，因此，可考慮應(yīng)用人工魚(yú)群算法對(duì)上述模型進(jìn)行優(yōu)化求解?；谏鲜龅娜斯~(yú)模型的描述，具體算法步驟如下：（1）輸入人工魚(yú)群的群體規(guī)模N，最大迭代次數(shù)number，人工魚(yú)的可視域Visual，人工魚(yú)的最大移動(dòng)步長(zhǎng)Step，擁擠度因子d。產(chǎn)生初始權(quán)值wij（0），每個(gè)分量均為區(qū)間內(nèi)的隨機(jī)數(shù)。（2）計(jì)算初始魚(yú)群各人工魚(yú)個(gè)體當(dāng)前的食物濃度值FC進(jìn)行比較，取FC最大值進(jìn)入公告板，將此人工魚(yú)賦值給公告板。（3）各人工魚(yú)分別模擬追尾和聚群行為，選擇行動(dòng)后FC值較大的行為執(zhí)行，缺省行為方式為覓食行為。（4）每條人工魚(yú)在行動(dòng)一次后就將自身當(dāng)前狀態(tài)與公告板狀態(tài)進(jìn)行比較，如果優(yōu)于公告板則以自身狀態(tài)取代公告板狀態(tài)。

3.5采用無(wú)源電力濾波器抑制諧波的產(chǎn)生

無(wú)源電力濾波器是我國(guó)傳統(tǒng)的減少諧波產(chǎn)生的方法，該方法是在諧波產(chǎn)生后在最大程度上進(jìn)行消減和清除。在顯示器上顯示的變形正玄波，通過(guò)計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)傅里葉變化將倍數(shù)諧波轉(zhuǎn)化為基波或者是倍數(shù)較小的次諧波，再通過(guò)一系列的設(shè)備將諧波基本消除。無(wú)源濾波器主要由電容器、阻抗等原件組合而成，該設(shè)備主要用于變化不大的配電網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)改變阻抗達(dá)到消減諧波的目的。此方法不僅能消除諧波影響還能補(bǔ)充無(wú)功功率，價(jià)格合理適合廣泛推廣。

3.6并聯(lián)電容器

在多數(shù)的工程供電系統(tǒng)中，通常采用并聯(lián)電容器的方法到達(dá)補(bǔ)償無(wú)功功率、提高功率因數(shù)的目的，并聯(lián)電容器補(bǔ)償按照安裝位置的不同可以分為三種方式：一種是集中補(bǔ)償，另一種方式是分區(qū)補(bǔ)償，第三種方式是就地補(bǔ)償。并聯(lián)電容器具有原理簡(jiǎn)單，安裝運(yùn)行以及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

結(jié)語(yǔ)

當(dāng)今社會(huì)是信息技術(shù)快速發(fā)展的社會(huì)，計(jì)算機(jī)和各類網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)都不斷運(yùn)用于新的行業(yè)，并得到大力推廣。在配電網(wǎng)絡(luò)中，各種新技術(shù)和設(shè)備的使用更是層出不窮，針對(duì)于目前配電網(wǎng)絡(luò)無(wú)功和諧波的問(wèn)題，本文進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。通過(guò)介紹諧波的定義、危害及解決措施，在一定程度上達(dá)到節(jié)能減排的目的，也為以后的研究提供參考。

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