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無功補償和諧波治理

      功補償和諧波治理是涉及電力電子技術、電力系統、電氣自動化技術、電工理論等領域的重大課題，由于電力電子裝置應用日益廣泛，諧波和無功問題引起人們越來越多的關注。同時，也由于電力電子技術的飛速進步，在諧波治理和無功補償方面也取得了一些突破性的進展。

一、無功補償與諧波治理的意義

   無功補償與諧波治理都與供電系統的電能質量密切相關。諧波治理本身就屬于改善電能質量的范疇，而無功補償裝置在補償負荷或系統無功功率的同時也直接調節了系統電壓，在一些樞紐變電站利用電力電容器和相控電抗器及現代電力電子控制技術組成的靜止無功補償器（SVC）直接作為電壓調控的手段，由于其響應迅速調控精準，工程應用十分滿意。由此可見無功補償也對電能質量的提高有著直接積極的意義。

（1）電能質量的現狀

電能質量是指通過公用電網供給用戶端的交流電能的品質。理想狀態的公用電網應以恒定的頻率、正弦波形和標準電壓對用戶供電，并且在三相交流系統中，各相電壓電流的幅值應大小相等、相位對稱。但由于系統中的發電機、變壓器和線路等設備非線性或不對稱，負荷性質多變、調控手段不完善等因素使這種理想的狀態并不存在，由此產生了電能質量問題。電能質量包括供電電壓質量、供電頻率質量、供電電流質量，而其確切定義國內外尚無統一共識，進入90年代后，我國分別頒布了規范電能質量的技術標準，包括：

GB12325-1990  《電能質量  供電電壓允許偏差》

GB/T14549-1993《電能質量  公用電網諧波》

GB/T15543-1995《電能質量  三相電壓允許不平衡度》

GB/T15945-1995《電能質量  電力系統頻率允許偏差》

GB12326-2000  《電能質量  電壓波動和閃變》

其中，電壓和頻率均由電源進行控制，目前我國在發電和傳輸系統均進行了嚴格的控制，在電能的傳輸與使用過程中能夠達到標準要求，而公用電網諧波屬于雙向傳輸污染，既可以由電源傳遞給電能用戶，也可由電能用戶傳遞到公用電網。隨著我國經濟建設和科學技術的發展，非線性用電設備的種類、數量和用電量正在迅猛增加，自上世紀90年代中后期，我國電網開始遭遇并迅速面臨同發達國家的諧波污染問題，諧波問題由此成為電能質量中最為引人關注問題。目前研究和解決電能質量問題已成為電力發展的當務之急。主要的研究方向有以下幾點：

a) 研究諧波對電網電能質量污染的影響并采取的相應對策。

b) 研究諧波對電力計量裝置的影響并采取相應的措施。

c) 研究電能質量污染對高新技術企業的影響并應采取的相應的技術手段。

d) 加強電能質量控制裝置的研制。

我國電能質量控制與治理技術在國家相關標準頒布之后已經取得一定成效，目前已經掌握了代表電能質量控制裝置技術水平的電能質量控制器（ASCG）的技術，并生產出了相應產品，而目前只有美國、日本、德國掌握了這項技術，但大容量電能質量控制器的研制還與國外有一定的差距，還需進一步加強投入。

（2）無功補償的意義

發電機發出的功率包含了有功功率和無功功率，有功功率通過各種設備轉換為其他形式的能量直接產生經濟效益，而無功功率只在電力系統內部不同設備間交換用以建立電力設備工作的電磁環境，其本身不做功不直接產生經濟效益，因此稱為無功功率。電力系統本身對無功功率的需求比有功功率大，若綜合有功發電最大負荷為100%，則無功總需求約為120%~140%，它包括負荷的無功功率和線路、變壓器的無功損耗，而發電機的功率因數一般大于0.8，所以單靠發電機發出無功功率是不能平衡電力系統無功需求的。

大量的無功功率在線路中傳輸將不可避免的造成輸電線路、變壓器損耗增大，造成線路電壓降落并影響用戶供電質量，直接從發電機索要無功將使發電機的有功出力減少，因此長距離輸送無功功率也是電力系統不允許的。

用戶無功缺乏將導致設備功率因數偏低，設備運行功率達不到額定功率，效率低下。所以為了減少有功損失和電壓降落，釋放變壓器、發電機容量、提高用戶設備利用率和電網供電質量，在負荷中心需要加裝無功功率電源，進行無功功率補償，以實現電力系統的無功功率平衡。此外根據當前國務院“節能減排”的工作部署，電力系統領域利用無功補償提高設備的利用率、充分利用發電機的出力從而降低對化石燃料的需求也是“節能減排”的重要途徑。

（3）諧波治理的意義

如前所述，諧波問題已成為電能質量中最為引人關注的問題，諧波會造成電力系統電壓畸變，使電能的生產、傳輸和利用的效率降低，其危害還體現在：

a)  對用電設備安全運行的影響和危害，包括：

—— 引起各類電機和變壓器的局部過熱、過電壓、機械振動和降低輸出功率；

—— 增加電容器和電纜絕緣介質的局部放電和溫升，引起機械振動，縮短使用壽命等。

—— 引起計算機及其系統的數據丟失、誤顯示、誤傳、元件損壞等事故；

—— 引起電視機圖像變壞、翻滾，引起其他視聽設備的雜音等。

b)  對電力系統安全運行的影響和危害，包括：

—— 降低斷路器、避雷器、電壓互感器的正常功能，嚴重時直接損壞這些設備；

—— 引起繼電保護和其他自動裝置的誤動、拒動或損壞，直接危及系統的安全運行；

—— 增大電力系統的線損，增加電能表和其他常規表計的誤差。

c)   對通信系統的電磁干擾，引起電話雜音，有時出現過電壓等。

由諧波引起的諸多問題可以看到諧波治理已是刻不容緩，降低諧波產生的危害將對社會生活、工業生產產生巨大效益，諧波治理的意義更可以上升到治理環境污染、維護綠色環境的角度來認識，對于電力系統這個環境來說，無諧波就是“綠色”的主要標志之一。

（4）無功補償與諧波治理的關系

無功補償主要用于補償系統無功功率，諧波治理主要用于凈化電網諧波污染，雖然二者分屬不同的領域和研究方向，但他們之間的緊密聯系以體現在實際應用的各個方面。總結來說主要有以下幾點原因：

a)  諧波治理屬改善電能質量的范疇，無功補償同樣可以改善供電系統的電壓質量,因此在電能質量領域二者有此緊密聯系。

b)  在無諧波的情況下，無功功率有其固定的概念和定義，而在含有諧波的情況下，無功功率的定義和諧波有密切的關系，諧波除其本身的問題外，也影響負載和電網的無功功率，諧波功率不產生任何效益，也可認為是“無功”功率。

c)  產生諧波的裝置同時也大都是消耗基波無功功率的裝置。

d)  目前為止諧波治理裝置大都是補償基波無功功率的裝置，如廣泛應用于各領域的LC濾波器。

正因此，諧波治理和無功補償在實際應用領域經常被提在一起。

 

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