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無功補(bǔ)償和諧波治理

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

一、無功補(bǔ)償與諧波治理的意義

   無功補(bǔ)償與諧波治理都與供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量密切相關(guān)。諧波治理本身就屬于改善電能質(zhì)量的范疇，而無功補(bǔ)償裝置在補(bǔ)償負(fù)荷或系統(tǒng)無功功率的同時也直接調(diào)節(jié)了系統(tǒng)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(xiàn)代電力電子控制技術(shù)組成的靜止無功補(bǔ)償器（SVC）直接作為電壓調(diào)控的手段，由于其響應(yīng)迅速調(diào)控精準(zhǔn)，工程應(yīng)用十分滿意。由此可見無功補(bǔ)償也對電能質(zhì)量的提高有著直接積極的意義。

（1）電能質(zhì)量的現(xiàn)狀

電能質(zhì)量是指通過公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的品質(zhì)。理想狀態(tài)的公用電網(wǎng)應(yīng)以恒定的頻率、正弦波形和標(biāo)準(zhǔn)電壓對用戶供電，并且在三相交流系統(tǒng)中，各相電壓電流的幅值應(yīng)大小相等、相位對稱。但由于系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器和線路等設(shè)備非線性或不對稱，負(fù)荷性質(zhì)多變、調(diào)控手段不完善等因素使這種理想的狀態(tài)并不存在，由此產(chǎn)生了電能質(zhì)量問題。電能質(zhì)量包括供電電壓質(zhì)量、供電頻率質(zhì)量、供電電流質(zhì)量，而其確切定義國內(nèi)外尚無統(tǒng)一共識，進(jìn)入90年代后，我國分別頒布了規(guī)范電能質(zhì)量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包括：

GB12325-1990  《電能質(zhì)量  供電電壓允許偏差》

GB/T14549-1993《電能質(zhì)量  公用電網(wǎng)諧波》

GB/T15543-1995《電能質(zhì)量  三相電壓允許不平衡度》

GB/T15945-1995《電能質(zhì)量  電力系統(tǒng)頻率允許偏差》

GB12326-2000  《電能質(zhì)量  電壓波動和閃變》

其中，電壓和頻率均由電源進(jìn)行控制，目前我國在發(fā)電和傳輸系統(tǒng)均進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，在電能的傳輸與使用過程中能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，而公用電網(wǎng)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(wǎng)。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，非線性用電設(shè)備的種類、數(shù)量和用電量正在迅猛增加，自上世紀(jì)90年代中后期，我國電網(wǎng)開始遭遇并迅速面臨同發(fā)達(dá)國家的諧波污染問題，諧波問題由此成為電能質(zhì)量中最為引人關(guān)注問題。目前研究和解決電能質(zhì)量問題已成為電力發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。主要的研究方向有以下幾點(diǎn)：

a) 研究諧波對電網(wǎng)電能質(zhì)量污染的影響并采取的相應(yīng)對策。

b) 研究諧波對電力計量裝置的影響并采取相應(yīng)的措施。

c) 研究電能質(zhì)量污染對高新技術(shù)企業(yè)的影響并應(yīng)采取的相應(yīng)的技術(shù)手段。

d) 加強(qiáng)電能質(zhì)量控制裝置的研制。

我國電能質(zhì)量控制與治理技術(shù)在國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)頒布之后已經(jīng)取得一定成效，目前已經(jīng)掌握了代表電能質(zhì)量控制裝置技術(shù)水平的電能質(zhì)量控制器（ASCG）的技術(shù)，并生產(chǎn)出了相應(yīng)產(chǎn)品，而目前只有美國、日本、德國掌握了這項技術(shù)，但大容量電能質(zhì)量控制器的研制還與國外有一定的差距，還需進(jìn)一步加強(qiáng)投入。

（2）無功補(bǔ)償?shù)囊饬x

發(fā)電機(jī)發(fā)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(shè)備轉(zhuǎn)換為其他形式的能量直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，而無功功率只在電力系統(tǒng)內(nèi)部不同設(shè)備間交換用以建立電力設(shè)備工作的電磁環(huán)境，其本身不做功不直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，因此稱為無功功率。電力系統(tǒng)本身對無功功率的需求比有功功率大，若綜合有功發(fā)電最大負(fù)荷為100%，則無功總需求約為120%~140%，它包括負(fù)荷的無功功率和線路、變壓器的無功損耗，而發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)一般大于0.8，所以單靠發(fā)電機(jī)發(fā)出無功功率是不能平衡電力系統(tǒng)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(zhì)量，直接從發(fā)電機(jī)索要無功將使發(fā)電機(jī)的有功出力減少，因此長距離輸送無功功率也是電力系統(tǒng)不允許的。

用戶無功缺乏將導(dǎo)致設(shè)備功率因數(shù)偏低，設(shè)備運(yùn)行功率達(dá)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(fā)電機(jī)容量、提高用戶設(shè)備利用率和電網(wǎng)供電質(zhì)量，在負(fù)荷中心需要加裝無功功率電源，進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，以實現(xiàn)電力系統(tǒng)的無功功率平衡。此外根據(jù)當(dāng)前國務(wù)院“節(jié)能減排”的工作部署，電力系統(tǒng)領(lǐng)域利用無功補(bǔ)償提高設(shè)備的利用率、充分利用發(fā)電機(jī)的出力從而降低對化石燃料的需求也是“節(jié)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(zhì)量中最為引人關(guān)注的問題，諧波會造成電力系統(tǒng)電壓畸變，使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，其危害還體現(xiàn)在：

a)  對用電設(shè)備安全運(yùn)行的影響和危害，包括：

—— 引起各類電機(jī)和變壓器的局部過熱、過電壓、機(jī)械振動和降低輸出功率；

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

—— 引起計算機(jī)及其系統(tǒng)的數(shù)據(jù)丟失、誤顯示、誤傳、元件損壞等事故；

—— 引起電視機(jī)圖像變壞、翻滾，引起其他視聽設(shè)備的雜音等。

b)  對電力系統(tǒng)安全運(yùn)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(yán)重時直接損壞這些設(shè)備；

—— 引起繼電保護(hù)和其他自動裝置的誤動、拒動或損壞，直接危及系統(tǒng)的安全運(yùn)行；

—— 增大電力系統(tǒng)的線損，增加電能表和其他常規(guī)表計的誤差。

c)   對通信系統(tǒng)的電磁干擾，引起電話雜音，有時出現(xiàn)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(chǎn)生的危害將對社會生活、工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生巨大效益，諧波治理的意義更可以上升到治理環(huán)境污染、維護(hù)綠色環(huán)境的角度來認(rèn)識，對于電力系統(tǒng)這個環(huán)境來說，無諧波就是“綠色”的主要標(biāo)志之一。

（4）無功補(bǔ)償與諧波治理的關(guān)系

無功補(bǔ)償主要用于補(bǔ)償系統(tǒng)無功功率，諧波治理主要用于凈化電網(wǎng)諧波污染，雖然二者分屬不同的領(lǐng)域和研究方向，但他們之間的緊密聯(lián)系以體現(xiàn)在實際應(yīng)用的各個方面?？偨Y(jié)來說主要有以下幾點(diǎn)原因：

a)  諧波治理屬改善電能質(zhì)量的范疇，無功補(bǔ)償同樣可以改善供電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量,因此在電能質(zhì)量領(lǐng)域二者有此緊密聯(lián)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(guān)系，諧波除其本身的問題外，也影響負(fù)載和電網(wǎng)的無功功率，諧波功率不產(chǎn)生任何效益，也可認(rèn)為是“無功”功率。

c)  產(chǎn)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(bǔ)償基波無功功率的裝置，如廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域的LC濾波器。

正因此，諧波治理和無功補(bǔ)償在實際應(yīng)用領(lǐng)域經(jīng)常被提在一起。

 

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