無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理的意義

1、無(wú) 功 補(bǔ) 償 與 濾 波 治 理 裝 置天津水利電力機(jī)電研究所 楊澤明無(wú)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(dòng)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(wú)功問(wèn)題引起人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。同時(shí)，也由于電力電子技術(shù)的飛速進(jìn)步，在諧波治理和無(wú)功補(bǔ)償方面也取得了一些突破性的進(jìn)展。一、無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理的意義 無(wú)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(wú)功補(bǔ)償裝置在補(bǔ)償負(fù)荷或系統(tǒng)無(wú)功功率的同時(shí)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(wú)功補(bǔ)償器（SVC）直接作

2、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(mǎn)意。由此可見(jiàn)無(wú)功補(bǔ)償也對(duì)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(guò)公用電網(wǎng)供給用戶(hù)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(duì)用戶(hù)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(duì)稱(chēng)。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(duì)稱(chēng)，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(wèn)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(guó)內(nèi)外尚無(wú)統(tǒng)一共識(shí)，進(jìn)入90年代后，我國(guó)分別頒布了規(guī)范電能質(zhì)量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包括：G

3、B12325-1990 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(dòng)和閃變其中，電壓和頻率均由電源進(jìn)行控制，目前我國(guó)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(guò)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(hù)，也可由電能用戶(hù)傳遞到公用電網(wǎng)。隨著我國(guó)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(lèi)、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(guó)電網(wǎng)開(kāi)始遭遇并

4、迅速面臨同發(fā)達(dá)國(guó)家的諧波污染問(wèn)題，諧波問(wèn)題由此成為電能質(zhì)量中最為引人關(guān)注問(wèn)題。目前研究和解決電能質(zhì)量問(wèn)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(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量污染的影響并采取的相應(yīng)對(duì)策。b) 研究諧波對(duì)電力計(jì)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(duì)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(guó)電能質(zhì)量控制與治理技術(shù)在國(guó)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(guó)、日本、德國(guó)掌握了這項(xiàng)技術(shù)，但大容量電能質(zhì)量控制器的研制

5、還與國(guó)外有一定的差距，還需進(jìn)一步加強(qiáng)投入。（2）無(wú)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(wú)功功率，有功功率通過(guò)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(wú)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(chēng)為無(wú)功功率。電力系統(tǒng)本身對(duì)無(wú)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(wú)功總需求約為120%140%，它包括負(fù)荷的無(wú)功功率和線路、變壓器的無(wú)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(wú)功功率是不能平衡電力系統(tǒng)無(wú)功需求的。大量的無(wú)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

6、成線路電壓降落并影響用戶(hù)供電質(zhì)量，直接從發(fā)電機(jī)索要無(wú)功將使發(fā)電機(jī)的有功出力減少，因此長(zhǎng)距離輸送無(wú)功功率也是電力系統(tǒng)不允許的。用戶(hù)無(wú)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(hù)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(wú)功功率電源，進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡。此外根據(jù)當(dāng)前國(guó)務(wù)院“節(jié)能減排”的工作部署，電力系統(tǒng)領(lǐng)域利用無(wú)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(duì)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(wèn)題已成為電能質(zhì)量中最為引人關(guān)注的問(wèn)題，諧

7、波會(huì)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(duì)用電設(shè)備安全運(yùn)行的影響和危害，包括： 引起各類(lèi)電機(jī)和變壓器的局部過(guò)熱、過(guò)電壓、機(jī)械振動(dòng)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(dòng)，縮短使用壽命等。 引起計(jì)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(tīng)設(shè)備的雜音等。b) 對(duì)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(shí)直接損壞這些設(shè)備； 引起繼電保護(hù)和其他自動(dòng)裝置的誤動(dòng)、拒動(dòng)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

8、常規(guī)表計(jì)的誤差。c) 對(duì)通信系統(tǒng)的電磁干擾，引起電話雜音，有時(shí)出現(xiàn)過(guò)電壓等。由諧波引起的諸多問(wèn)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(duì)社會(huì)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(lái)認(rèn)識(shí)，對(duì)于電力系統(tǒng)這個(gè)環(huán)境來(lái)說(shuō)，無(wú)諧波就是“綠色”的主要標(biāo)志之一。（4）無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理的關(guān)系無(wú)功補(bǔ)償主要用于補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)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(shí)際應(yīng)用的各個(gè)方面?？偨Y(jié)來(lái)說(shuō)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(wú)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

9、質(zhì)量領(lǐng)域二者有此緊密聯(lián)系。b) 在無(wú)諧波的情況下，無(wú)功功率有其固定的概念和定義，而在含有諧波的情況下，無(wú)功功率的定義和諧波有密切的關(guān)系，諧波除其本身的問(wèn)題外，也影響負(fù)載和電網(wǎng)的無(wú)功功率，諧波功率不產(chǎn)生任何效益，也可認(rèn)為是“無(wú)功”功率。c) 產(chǎn)生諧波的裝置同時(shí)也大都是消耗基波無(wú)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(wú)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(wú)功補(bǔ)償在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域經(jīng)常被提在一起。二、無(wú)功補(bǔ)償裝置與諧波治理裝置的現(xiàn)狀 介于無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理在生活生產(chǎn)中的現(xiàn)實(shí)意義，國(guó)內(nèi)外在無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理裝置的研究方面作了大量的工作。無(wú)功補(bǔ)償裝置從最早期的同步

10、調(diào)相機(jī)補(bǔ)償，到如今廣泛應(yīng)用的電力電容器補(bǔ)償，再到結(jié)合現(xiàn)代電力電子技術(shù)的各種靜止補(bǔ)償裝置，諧波治理裝置從廣泛應(yīng)用的LC濾波器到基于電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的有源電力濾波器（APF），都經(jīng)歷幾代的變遷和技術(shù)的飛躍。（1）無(wú)功補(bǔ)償裝置的類(lèi)型和特點(diǎn)無(wú)功補(bǔ)償裝置種類(lèi)繁多，隨著時(shí)代和技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下幾種：同步調(diào)相機(jī)、電力電容器和并聯(lián)電抗器、靜止補(bǔ)償器等。相對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的同步調(diào)相機(jī)而言，后三種可稱(chēng)為靜止設(shè)備。a) 同步調(diào)相機(jī)實(shí)際上是一臺(tái)空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)，在過(guò)勵(lì)磁時(shí)可發(fā)出無(wú)功功率，欠勵(lì)磁時(shí)可以吸收無(wú)功功率，調(diào)節(jié)均勻簡(jiǎn)單，其自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置能使同步調(diào)相機(jī)在端電壓波動(dòng)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)功功率，維持電壓及系

11、統(tǒng)的穩(wěn)定，適用于大型變電站所進(jìn)行集中補(bǔ)償，其缺點(diǎn)是投資大，功率損耗大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)的時(shí)間也較長(zhǎng)，因?yàn)槭切D(zhuǎn)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)工作量也較大?？傮w上來(lái)說(shuō)，這種補(bǔ)償手段已顯陳舊，已有逐漸被取代的趨勢(shì)。b) 電力電容器能夠補(bǔ)償負(fù)荷感性無(wú)功以提高功率因數(shù)，故又稱(chēng)為移相電容器，它常并接于6.3、10.5或35KV母線上，故又稱(chēng)為并聯(lián)電容器，在電力系統(tǒng)常用的無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備中并聯(lián)電容器的費(fèi)用最低，有功功率損耗最小，運(yùn)行維護(hù)最簡(jiǎn)便，可集中安裝，也可分散安裝在用戶(hù)處或近負(fù)荷中心的地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無(wú)功的就地補(bǔ)償，因此應(yīng)用廣泛。它的主要缺點(diǎn)是電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)差，并且不能像同步調(diào)相機(jī)那樣連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功功率和吸收滯后的無(wú)功功率，在系統(tǒng)中含有

12、諧波時(shí)還有可能與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，使諧波放大。 在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置按電壓等級(jí)可分為低壓補(bǔ)償裝置和高壓補(bǔ)償裝置，按投切方式可分為自動(dòng)投切補(bǔ)償裝置和手動(dòng)投切補(bǔ)償裝置，按響應(yīng)速度可分為動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置和靜態(tài)補(bǔ)償裝置，按補(bǔ)償方式還可分為集中補(bǔ)償、分散補(bǔ)償和就地補(bǔ)償。c) 并聯(lián)電抗器并接于系統(tǒng)輸電線路上，用于吸收高壓電力網(wǎng)過(guò)剩的無(wú)功功率和遠(yuǎn)距離輸電線路的參數(shù)補(bǔ)償。含有超高壓架空線路和高壓電纜的電力網(wǎng)中，輕負(fù)荷運(yùn)行時(shí)各線路分布電容產(chǎn)生的無(wú)功功率大于線路電抗中消耗的無(wú)功功率，因此會(huì)出現(xiàn)無(wú)功功率過(guò)?，F(xiàn)象，利用并聯(lián)電抗器可以就近吸收線路的無(wú)功功率，防止電力網(wǎng)電壓過(guò)高。d) 靜止補(bǔ)償裝置是近年來(lái)隨著大功

13、率可控型電力電子開(kāi)關(guān)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，是柔性交流輸電系統(tǒng)的重要組成部分。靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(SVC)，廣泛應(yīng)用于輸電系統(tǒng)波阻抗補(bǔ)償及長(zhǎng)距離輸電的分段補(bǔ)償，也大量應(yīng)用于負(fù)載無(wú)功補(bǔ)償。其典型代表是晶閘管控制電抗器固定電容器（TCR+FC），靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置的重要特性是它能連續(xù)調(diào)節(jié)補(bǔ)償裝置的無(wú)功功率，這種連續(xù)調(diào)節(jié)是依靠調(diào)節(jié)TCR中晶閘管的觸發(fā)延遲角實(shí)現(xiàn)的。另外一種常見(jiàn)的SVC形式是晶閘管投切電容器（TSC），但它只能分組投切，不能連續(xù)調(diào)節(jié)，只有和TCR配合使用才能實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償裝置整體無(wú)功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。SVC的調(diào)節(jié)連續(xù)且響應(yīng)迅速，因此可以對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，使補(bǔ)償點(diǎn)的電壓接近維持不變，是目前同步調(diào)相

14、機(jī)的主要替代方案。比SVC更先進(jìn)的現(xiàn)代補(bǔ)償裝置是靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG），它也是一種電力電子裝置，其最基本的電路是三相橋式電壓型或電流型變流電路，目前使用的主要是電壓型。SVG在其直流側(cè)只需較小容量的電容器維持其電壓即可，通過(guò)不同控制可使其發(fā)出無(wú)功功率也可吸收無(wú)功功率，采用PWM控制，可使其輸入電流接近正弦波。（2）諧波治理裝置的類(lèi)型和特點(diǎn)解決電力系統(tǒng)的諧波污染問(wèn)題主要有兩點(diǎn)解決思路，一是抑制諧波的產(chǎn)生，對(duì)電力電子裝置進(jìn)行改造使其不產(chǎn)生諧波，這是從根本上解決諧波問(wèn)題的途徑，但也只適用于作為主要諧波源的電力電子裝置；另一條就是裝設(shè)諧波治理裝置濾除諧波。這是目前普遍可行也應(yīng)用廣泛解決方法。裝設(shè)諧波

15、治理裝置最傳統(tǒng)的方法就是采用LC無(wú)源調(diào)諧濾波器，其原理是利用濾波電抗器（L）和濾波電容器（C）和濾波電阻器（R）組成調(diào)諧支路，給特征諧波形成公用電網(wǎng)之外的低阻抗通路，使流入公用電網(wǎng)的諧波滿(mǎn)足相應(yīng)要求，這種方法治理諧波簡(jiǎn)單可靠，濾除諧波的同時(shí)還能補(bǔ)償基波無(wú)功功率，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，綜合計(jì)算起來(lái)投資少、維護(hù)簡(jiǎn)便，是目前應(yīng)用最廣泛的諧波治理裝置。這種方法主要的缺點(diǎn)是治理效果受電網(wǎng)運(yùn)行方式和阻抗影響較大，參數(shù)設(shè)置不正確易與系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波放大甚至濾波器過(guò)載燒毀。諧波治理裝置的另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是有源電力濾波器（APF），有源電力濾波器也是一種電力電子裝置，其基本原理是先從需治理的線路中檢測(cè)出諧波電流，然

16、后由濾波器產(chǎn)生一個(gè)與檢測(cè)的諧波電流大小相等極性相反的電流與線路中的諧波電流疊加，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。與無(wú)源濾波器相比，APF具有高度可控性和快速響應(yīng)性，其具體特點(diǎn)如下：a）不僅能補(bǔ)償各次諧波，還可抑制閃變、補(bǔ)償無(wú)功，有一機(jī)多能的特點(diǎn)，在性?xún)r(jià)比上較為合理；b) 濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)；c) 具有自適應(yīng)功能，可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償變化著的諧波。有源濾波器這種優(yōu)異的治理效果，目前已得到廣泛的重視，但因其成本偏高，應(yīng)用范圍受到一定限制，隨著電力電子工業(yè)的發(fā)展，器件的性?xún)r(jià)比將不斷提高，APF必然會(huì)得到廣泛應(yīng)用。為了綜合無(wú)源濾波器的低成本和有源濾波器優(yōu)異的濾波性能，混合

17、型濾波器應(yīng)運(yùn)而生，該型濾波器通過(guò)無(wú)源濾波器進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償并濾除特征諧波的主要部分，其余諧波通過(guò)有源濾波器濾除，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)大容量無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理的要求，并同時(shí)降低投資成本，混合型濾波器是諧波含量較大且成分復(fù)雜工況的有效解決方案。三、我所在該領(lǐng)域的研究方向和進(jìn)展我所諧波治理裝置的研究正式起步于2002年，借助于直流換流站、高功耗業(yè)主、各地中試所等合作單位，獲得了大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)和工程經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)了FC中高壓電力系統(tǒng)補(bǔ)償濾波裝置，該型濾波裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高，維護(hù)簡(jiǎn)便，在電解鋁行業(yè)獲得了較多應(yīng)用，在工業(yè)制堿、工頻爐煉鋼系統(tǒng)也得到一定應(yīng)用，取得了大量現(xiàn)場(chǎng)資料，目前目前已簽訂合同達(dá)到1600萬(wàn)

18、元，用戶(hù)一致反映運(yùn)行穩(wěn)定，治理效果滿(mǎn)足相關(guān)要求。在FC中高壓補(bǔ)償濾波裝置研制成功后，我所在FC裝置的技術(shù)基礎(chǔ)上，2007年初分了兩個(gè)科研組，其中一組研制SVC靜止補(bǔ)償濾波裝置，該型裝置采用全數(shù)字化控制，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、控制精度高；閥體設(shè)計(jì)采用臥式晶閘管閥組，設(shè)備緊湊，運(yùn)行可靠，維護(hù)工作量少；采用光電觸發(fā)方式，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，保護(hù)可靠；采用純水冷卻系統(tǒng)，冷卻效率高，運(yùn)行可靠。在包括冶金用電弧爐、大型軋機(jī)、電氣化鐵道等諧波電流大且無(wú)功功率變化頻繁供電系統(tǒng)中得到良好的應(yīng)用，另外它還應(yīng)用于高壓、超高壓交流輸電系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)系統(tǒng)無(wú)功潮流，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。另一組研制開(kāi)發(fā)TSF智能型無(wú)功補(bǔ)償濾波裝置，該型

19、產(chǎn)品在無(wú)源濾波器的基礎(chǔ)上采用先進(jìn)的大功率晶閘管過(guò)零投切技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電容器組投切無(wú)涌流、無(wú)沖擊；采用智能監(jiān)控終端，將動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償濾波成套裝置與配電自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)投切，投切響應(yīng)時(shí)間可控制到20ms，主要應(yīng)用于含有一定量的諧波電流，雖超標(biāo)但幅值不是很大，而無(wú)功功率變化頻繁的低壓供電系統(tǒng)。我所在補(bǔ)償濾波系統(tǒng)共將開(kāi)發(fā)完成三系列產(chǎn)品，分別是FC中高壓電力系統(tǒng)補(bǔ)償濾波裝置、SVC靜止補(bǔ)償裝置和TSF智能型補(bǔ)償濾波裝置，三個(gè)項(xiàng)目合稱(chēng)為電力系統(tǒng)諧波治理裝置， 2004年度被科技部列為國(guó)家級(jí)火炬計(jì)劃。四、技術(shù)難題與創(chuàng)新點(diǎn)FC型中高壓補(bǔ)償濾波裝置，主要難點(diǎn)在建立符合各種現(xiàn)場(chǎng)工況的電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，無(wú)

20、源濾波器原理結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但對(duì)系統(tǒng)參數(shù)和應(yīng)用場(chǎng)合極為敏感，設(shè)備的參數(shù)選擇和治理效果需和現(xiàn)場(chǎng)工況緊密結(jié)合，模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)稍有偏差或缺少了必要的約束條件和邊界，工程應(yīng)用中就會(huì)出現(xiàn)很大的風(fēng)險(xiǎn)。我所根據(jù)多年高壓設(shè)備的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)人員的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，并和國(guó)內(nèi)重點(diǎn)高校專(zhuān)家、合作廠家的專(zhuān)家多次研討，結(jié)合引進(jìn)的分析軟件，建立多個(gè)模型，大膽假設(shè)，反復(fù)求證，最終建立了一套滿(mǎn)足多種工況的數(shù)學(xué)模型，在后期的工程應(yīng)用中，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行表明該模型結(jié)構(gòu)合理參數(shù)選配適當(dāng)，隨著實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累不斷的完善，該模型極大的提高了設(shè)計(jì)效率，并為SVC和TSF的研制奠定了基礎(chǔ)。在FC研制成功后我所又開(kāi)始了SVC和TSF的研究，與FC相比

21、，后者的研究涉及的技術(shù)領(lǐng)域更廣，遇到的難題主要包括：信號(hào)的采樣技術(shù)，檢測(cè)技術(shù)，數(shù)據(jù)的分析計(jì)算理論、晶閘管的相控技術(shù)和冷卻技術(shù)等，根據(jù)研發(fā)進(jìn)度的需求和我所自身的優(yōu)勢(shì)，我們相繼和國(guó)內(nèi)多所高校和單位合作，并對(duì)部分輔助部件和市場(chǎng)已有成熟技術(shù)的輔件采取分包和長(zhǎng)期合作的模式，主要的技術(shù)自主研發(fā)，目前正在進(jìn)行中。五、未來(lái)五年的發(fā)展作為改善供電質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，目前有源電力濾波器在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家已廣泛用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)生產(chǎn)部門(mén)，并且諧波補(bǔ)償?shù)拇螖?shù)逐步提高，單機(jī)裝置的容量也逐步提高，其應(yīng)用領(lǐng)域正從補(bǔ)償用戶(hù)自身的諧波向改善整個(gè)電力系統(tǒng)供電質(zhì)量的方向發(fā)展。我國(guó)有源電力濾波技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用與國(guó)外尚有差距，天

22、津水利電力機(jī)電所秉承保持技術(shù)先進(jìn)的理念，為滿(mǎn)足諧波工況復(fù)雜的高端市場(chǎng)需求，已經(jīng)展開(kāi)了混合型濾波器的研究，包含有源濾波器的混合型濾波器在國(guó)內(nèi)屬行業(yè)的尖端，技術(shù)難度和實(shí)際應(yīng)用開(kāi)發(fā)都面臨前所未有的困難，我所在前期無(wú)源濾波器的研制和設(shè)備運(yùn)行中，積累了大量的研發(fā)和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，此次將通過(guò)與國(guó)內(nèi)重點(diǎn)高校合作，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，將極大的縮短開(kāi)發(fā)周期，緊緊掌握市場(chǎng)的節(jié)奏，為我國(guó)電力事業(yè)的進(jìn)步做出自己的貢獻(xiàn)。電源補(bǔ)償及濾波裝置保護(hù)系統(tǒng)的研究 主要內(nèi)容： 補(bǔ)償濾波裝置長(zhǎng)期工作在10KV高電壓條件下，其中電容器的工作場(chǎng)強(qiáng)非常高，尤其是本系統(tǒng)中濾波器要經(jīng)受頻繁操作的考驗(yàn)，因此保護(hù)系統(tǒng)對(duì)整套裝置的安全可靠運(yùn)行起了

23、至關(guān)重要的作用. 本文主要討論針對(duì)濾波器要經(jīng)受頻繁操作的考驗(yàn)并產(chǎn)生操作過(guò)電壓，合閘涌流，還有鐵磁諧振等一系列的危害，對(duì)這些危害如何產(chǎn)生的進(jìn)行分析，從而如何通過(guò)一些合理的電路或裝置進(jìn)行抑制或消除。達(dá)到系統(tǒng)的可靠性，安全性，對(duì)電網(wǎng)的電源質(zhì)量提供有力的保證。 操作過(guò)電壓原因及規(guī)避措施1 電網(wǎng)的操作過(guò)電壓一般由下列原因引起A.線路合閘和重合閘； B.空載變壓器和并聯(lián)電抗器分閘； C.線路非對(duì)稱(chēng)故障分閘和振蕩解列； D.空載線路分閘。 線路合閘和重合閘過(guò)電壓對(duì)電網(wǎng)設(shè)備絕緣配合有重要影響，應(yīng)采用有合閘電阻的斷路器對(duì)該過(guò)電壓加以限制。避雷器可作為變電所電氣設(shè)備操作過(guò)電壓的后備保護(hù)裝置，該避雷器同時(shí)是變電所的

24、雷電過(guò)電壓的保護(hù)裝置。 設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)A、C 類(lèi)過(guò)電壓，應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)條件加以預(yù)測(cè)。2 線路合閘和重合閘操作過(guò)電壓空載線路合閘時(shí)，由于線路電感-容的振蕩將產(chǎn)生合閘過(guò)電壓。線路重合時(shí)，由于電源電勢(shì)較高以及線路上殘余電荷的存在，加劇了這一電磁振蕩過(guò)程，使過(guò)電壓進(jìn)一步提高。因此斷路器應(yīng)安裝合閘電阻，以有效地降低合閘及重合閘過(guò)電壓。 應(yīng)按電網(wǎng)預(yù)測(cè)條件，求出空載線路合閘、單相重合閘和成功、非成功的三相重合閘(如運(yùn)行中使用時(shí))的過(guò)電壓分布，求出包括線路受端的相對(duì)地及相間統(tǒng)計(jì)操作過(guò)電壓。預(yù)測(cè)這類(lèi)操作過(guò)電壓的條件如下： A.空載線路合閘，線路斷路器合閘前，電源母線電壓為電網(wǎng)最高電壓； B.成功的三相重合閘前，線路受端曾

25、發(fā)生單相接地故障；非成功的三相重合閘時(shí)，線路受端有單相接地故障。 空載線路合閘、單相重合閘和成功的三相重合閘(如運(yùn)行中使用時(shí))，在線路受端產(chǎn)生的相對(duì)地統(tǒng)計(jì)操作過(guò)電壓，不應(yīng)大于2 2UXG 。3 分?jǐn)嗫蛰d變壓器和并聯(lián)電抗器的操作過(guò)電壓由于斷路器分?jǐn)噙@些設(shè)備的感性電流時(shí)強(qiáng)制熄弧所產(chǎn)生的操作過(guò)電壓，應(yīng)根據(jù)斷路器結(jié)構(gòu)、回路參數(shù)、變壓器(并聯(lián)電抗器)的接線和特性等因素確定。該操作過(guò)電壓一般可用安裝在斷路器與變壓器(并聯(lián)電抗器)之間的避雷器予以限制。對(duì)變壓器，避雷器可安裝在低壓側(cè)或高壓側(cè)，但如高低壓電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式不同時(shí)，低壓側(cè)宜采用磁吹閥型避雷器。當(dāng)避雷器可能頻繁動(dòng)作時(shí)，宜采用有高值分閘電阻的斷路器。

26、4 線路非對(duì)稱(chēng)故障分閘和振蕩解列操作過(guò)電壓電網(wǎng)送受端聯(lián)系薄弱，如線路非對(duì)稱(chēng)故障導(dǎo)致分閘，或在電網(wǎng)振蕩狀態(tài)下解列，將產(chǎn)生線路非對(duì)稱(chēng)故障分閘或振蕩解列過(guò)電壓。 預(yù)測(cè)線路非對(duì)稱(chēng)故障分閘過(guò)電壓，可選擇線路受端存在單相接地故障的條件，分閘時(shí)線路送受端電勢(shì)功角差應(yīng)按實(shí)際情況選取。 有分閘電阻的斷路器，可降低線路非對(duì)稱(chēng)故障分閘及振蕩解列過(guò)電壓。當(dāng)不具備這一條件時(shí)，應(yīng)采用安裝于線路上的避雷器加以限制。5 對(duì)于空載線路分閘過(guò)電壓應(yīng)采用在電源對(duì)地電壓為1.3UXG 條件下分閘時(shí)不重燃的斷路器加以防止。6 變電所應(yīng)安裝避雷器以防止操作過(guò)電壓損壞電氣設(shè)備。安裝位置如下： A.出線斷路器線路側(cè)的每一線路入口側(cè)，稱(chēng)安裝于

27、該位置的避雷器為線路避雷器； B.出線斷路器變電所側(cè)，稱(chēng)安裝于該位置的避雷器為變電所避雷器。 所有避雷器具體安裝位置和數(shù)量尚應(yīng)結(jié)合4.4.2 確定。 注：線路入口處無(wú)并聯(lián)電抗器時(shí)，如預(yù)測(cè)(對(duì)斷路器合閘需考慮合閘電阻一相失靈條件) 該處過(guò)電壓不超過(guò)避雷器操作過(guò)電壓保護(hù)水平時(shí)，可不必在該處安裝避雷器。7 具有串聯(lián)間隙避雷器的額定電壓應(yīng)不低于安裝點(diǎn)的電網(wǎng)工頻過(guò)電壓水平。8 應(yīng)用金屬氧化物避雷器限制操作過(guò)電壓時(shí)應(yīng)參照廠家產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)，使其長(zhǎng)期運(yùn)行電壓值、工頻過(guò)電壓、諧振過(guò)電壓允許持續(xù)時(shí)間符合電網(wǎng)要求。9 避雷器的操作過(guò)電壓通流容量允許吸收能量應(yīng)符合電網(wǎng)要求(對(duì)斷路器合閘需考慮合閘電阻一相失靈的條件)

28、。 此外，還應(yīng)校核避雷器上的電壓是否超過(guò)其規(guī)定保護(hù)水平。當(dāng)超過(guò)時(shí)，應(yīng)考慮其對(duì)絕緣配合的影響。10 為監(jiān)測(cè)運(yùn)行電網(wǎng)的工頻過(guò)電壓諧振過(guò)電壓和操作過(guò)電壓，宜在變電所安裝過(guò)電壓波形或幅值的自動(dòng)記錄裝置，并妥為收集實(shí)測(cè)結(jié)果。編輯本段操作過(guò)電壓如何防范限制操作過(guò)電壓的措施有；選用滅弧能力強(qiáng)的高壓開(kāi)關(guān)；提高開(kāi)關(guān)動(dòng)作的同期性；開(kāi)關(guān)斷口加裝并聯(lián)電阻；采用性能良好的避雷器，如氧化鋅避雷器；使電網(wǎng)的中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行；產(chǎn)生操作過(guò)電壓的原因，是由于電力系統(tǒng)的許多設(shè)備都是儲(chǔ)能元件，在斷路器或隔離開(kāi)關(guān)開(kāi)斷的過(guò)程中，儲(chǔ)存在電感中的磁能和儲(chǔ)存在電容中的靜電場(chǎng)能量（電能）發(fā)生了轉(zhuǎn)換、過(guò)渡的振蕩過(guò)程，由振蕩而引起過(guò)電壓。 操作過(guò)

29、電壓的特點(diǎn)是持續(xù)的時(shí)間通常比雷電過(guò)電壓長(zhǎng)，而又比暫態(tài)過(guò)電壓短。一般在數(shù)百微秒到100ms之間，并且衰減的很快。通?？梢岳脴?biāo)準(zhǔn)操作沖擊波來(lái)模擬。 電力系統(tǒng)發(fā)生操作過(guò)電壓的原因很多，一般有以下幾種情況：（l）切斷電感性負(fù)載而引起的操作過(guò)電壓。 例如切斷空載變壓器、消弧線圈、電抗器和電動(dòng)機(jī)等引起的過(guò)電壓。（2）切斷電容性負(fù)載而引起的操作過(guò)電壓 例如切斷空載長(zhǎng)線路、電纜線路或電容器組等引起的過(guò)電壓。（3）合上空載線路（包括重合閘）而引起的操作過(guò)電壓。 例如具有殘余電壓的系統(tǒng)在重合閘過(guò)程中，由于再次充電而引起的重合閘操作過(guò)電壓。 此外，還有間歇性弧光接地、電力系統(tǒng)因負(fù)荷突變或系統(tǒng)解列、甩負(fù)荷而引起的操

30、作過(guò)電壓。在這種情況下，通常系統(tǒng)以操作過(guò)電壓開(kāi)始，接著還會(huì)出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的暫態(tài)過(guò)電壓一、諧波的來(lái)源“諧波”一詞起源于聲學(xué)。 電力系統(tǒng)的諧波問(wèn)題早在20世紀(jì)20年代和30年代就引起了人們的注意。當(dāng)時(shí)在德國(guó)，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電壓、電流波形的畸變。1945年J.C.Read發(fā)表的有關(guān)變流器諧波的論文是早期有關(guān)諧波研究的經(jīng)典論文。編輯本段二、諧波的定義諧波（harmonic wavelength) 定義： 從嚴(yán)格的意義來(lái)講，諧波是指電流中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的電量，一般是指對(duì)周期性的非正弦電量進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，其余大于基波頻率的電流產(chǎn)生的電量。從廣義上講，由于交流電網(wǎng)有效分量為

31、工頻單一頻率，因此任何與工頻頻率不同的成分都可以稱(chēng)之為諧波，這時(shí)“諧波”這個(gè)詞的的意義已經(jīng)變得與原意有些不符。正是因?yàn)閺V義的諧波概念，才有了“分?jǐn)?shù)諧波”、“間諧波”、“次諧波”等等說(shuō)法。 產(chǎn)生的原因：由于正弦電壓加壓于非線性負(fù)載，基波電流發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波。主要非線性負(fù)載有UPS、開(kāi)關(guān)電源、整流器、變頻器、逆變器等。 諧波的危害： 降低系統(tǒng)容量如變壓器、斷路器、電纜等； 加速設(shè)備老化，縮短設(shè)備使用壽命，甚至損壞設(shè)備； 危害生產(chǎn)安全與穩(wěn)定； 浪費(fèi)電能等。 諧波的治理： 有源電力濾波器是治理諧波的最優(yōu)產(chǎn)品。編輯本段三、諧波的產(chǎn)生用傅立葉分析原理，能夠把非正弦曲線信號(hào)分解成基本部分和它的倍數(shù)。 在電力

32、系統(tǒng)中，諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，即電路中有諧波產(chǎn)生。由于半導(dǎo)體晶閘管的開(kāi)關(guān)操作和二極管、半導(dǎo)體晶閘管的非線性特性，電力系統(tǒng)的某些設(shè)備如功率轉(zhuǎn)換器比較大的背離正弦曲線波形。 諧波電流的產(chǎn)生是與功率轉(zhuǎn)換器的脈沖數(shù)相關(guān)的。6脈沖設(shè)備僅有5、7、11、13、17、19 .n倍于電網(wǎng)頻率。 功率變換器的脈沖數(shù)越高，最低次的諧波分量的頻率的次數(shù)就越高。 其他功率消耗裝置，例如熒光燈的電子控制調(diào)節(jié)器產(chǎn)生大強(qiáng)度的3 次諧波( 150 赫茲)。 在供電網(wǎng)絡(luò)阻抗( 電阻) 下這樣的非正弦曲線電流導(dǎo)致一個(gè)非正弦曲線的電壓降。 在供電網(wǎng)絡(luò)阻

33、抗下產(chǎn)生諧波電壓的振幅等于相應(yīng)諧波電流和對(duì)應(yīng)于該電流頻率的供電網(wǎng)絡(luò)阻抗Z的乘積。 次數(shù)越高，諧波分量的振幅越低。 只要哪里有諧波源那里就有諧波產(chǎn)生。也有可能，諧波分量通過(guò)供電網(wǎng)絡(luò)到達(dá)用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)。 例如，供電網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)用戶(hù)工廠的運(yùn)轉(zhuǎn)可能被相鄰的另一個(gè)用戶(hù)設(shè)備產(chǎn)生的諧波所干擾。編輯本段周期性波形的展開(kāi)根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)的原理，周期函數(shù)都可以展開(kāi)為常數(shù)與一組具有共同周期的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)之和。 其展開(kāi)式中，常數(shù)表達(dá)的部分稱(chēng)之為直流分量，最小正周期等于原函數(shù)的周期的部分稱(chēng)之為基波或一次諧波，最小正周期的若干倍等于原函數(shù)的周期的部分稱(chēng)之為高次諧波。 因此高次諧波的頻率必然也等于基波的頻率的若干倍，基波頻率3

34、倍的波稱(chēng)之為三次諧波，基波頻率5倍的波稱(chēng)之為五次諧波，以此類(lèi)推。不管幾次諧波，他們都是正弦波。編輯本段諧波與泛音的區(qū)別泛音其實(shí)就是物理學(xué)上的諧波，但次數(shù)的定義稍許有些不同，基波頻率2倍的音頻稱(chēng)之為一次泛音，基波頻率3倍的音頻稱(chēng)之為二次泛音，以此類(lèi)推。編輯本段四、諧波的分類(lèi)諧波是正弦波，每個(gè)諧波都具有不同的頻率，幅度與相角。 諧波頻率是基波頻率的整倍數(shù)，根據(jù)法國(guó)數(shù)學(xué)家傅立葉(MFourier)分析原理證明，任何重復(fù)的波形都可以分解為含有基波頻率和一系列為基波倍數(shù)的諧波的正弦波分量。 根據(jù)諧波頻率的不同，可以分為：4.1、奇次諧波額定頻率為基波頻率奇數(shù)倍的諧波，被稱(chēng)為“奇次諧波”，如3、5、7次諧

35、波；4.2、偶次諧波額定頻率為基波頻率偶數(shù)倍的諧波，被稱(chēng)為“偶次諧波”，如2、4、6、8次諧波。 一般地講，奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大。 在平衡的三相系統(tǒng)中，由于對(duì)稱(chēng)關(guān)系，偶次諧波已經(jīng)被消除了，只有奇次諧波存在。對(duì)于三相整流負(fù)載，出現(xiàn)的諧波電流是6n±1次諧波，例如5、7、11、13、17、19等。 變頻器主要產(chǎn)生5、7次諧波。4.3、分量諧波頻率不是基波分量倍數(shù)的正弦曲線波。編輯本段五、諧波的參數(shù)5.1、諧波電流諧波電流是由設(shè)備或系統(tǒng)引入的非正弦特性電流。諧波電流疊加在主電源上；5.2、諧波電壓諧波電壓是由諧波電流和配電系統(tǒng)上產(chǎn)生的阻抗導(dǎo)致的電壓降；編輯本段六、與諧波有關(guān)

36、的參數(shù)定義6.1、阻抗阻抗是在特定頻率下配電系統(tǒng)某一點(diǎn)產(chǎn)生的電阻。阻抗取決于變壓器和連在系統(tǒng)上的用電設(shè)備，以及所采用導(dǎo)體的截面積和長(zhǎng)度。6.2、阻抗系數(shù)阻抗系數(shù)是 AF （載波）阻抗相對(duì)于 50Hz （基波）阻抗的比率。6.3、諧振在配電系統(tǒng)里的設(shè)備，與它們存在的電容 ( 電纜，補(bǔ)償電容器等 ) 和電感 ( 變壓器，電抗線圈等 ) 形成共振電路。后者能夠被系統(tǒng)諧波激勵(lì)而成為諧振。配電系統(tǒng)諧波的一個(gè)原因是變壓器鐵芯非線性磁化的特性。在這種情況下主要的諧波是 3 次的；它在全部 導(dǎo)體內(nèi)與單相分量具有相同的長(zhǎng)度，因而在星形點(diǎn)上不能消除。6.4、諧振頻率每個(gè)電感和電容的連接形成一個(gè)具有特定共振頻率的諧

37、振電路。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)有幾個(gè)電感和電容就有幾個(gè)諧振頻率。6.5、并聯(lián)諧振頻率網(wǎng)絡(luò)阻抗達(dá)到最大值的頻率。在并聯(lián)諧振電路中，電流分量 I L 和 I C 大于總電流 I 。6.6、串聯(lián)諧振頻率網(wǎng)絡(luò)的阻抗水平達(dá)到最小的頻率。在串聯(lián)諧振電路內(nèi)分路電壓 U L 和 U C 大于總電壓 U 。6.7、串聯(lián)諧振諧電路由電感（電抗器）和電容 （電容器）串聯(lián)的電路。6.8、無(wú)功功率電動(dòng)機(jī)和變壓器的磁能部分，以及用于能量交換目的的功率轉(zhuǎn)換器等處需要無(wú)功功率Q 。與有功功率不同，無(wú)功功率并不做功。計(jì)量無(wú)功功率的單位是 Var 或 kvar 。6.9、無(wú)功功率補(bǔ)償供電部門(mén)規(guī)定一個(gè)最小功率因數(shù)以避免電能浪費(fèi)。如果一個(gè)工廠的功

38、率因數(shù)小于這個(gè)最小值，它要為無(wú)功功率的部分付費(fèi)。否則它就應(yīng)該用電容器提高功率因數(shù)，這就必須在用電設(shè)備上并聯(lián)安裝電容器。編輯本段七、諧波的危害理想的公用電網(wǎng)所提供的電壓應(yīng)該是單一而固定的頻率以及規(guī)定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對(duì)公用電網(wǎng)是一種污染，它使用電設(shè)備所處的環(huán)境惡化，也對(duì)周?chē)哪苣汀?在電力電子設(shè)備廣泛應(yīng)用以前，人們對(duì)諧波及其危害就進(jìn)行過(guò)一些研究，并有一定認(rèn)識(shí)，但那時(shí)諧波污染還沒(méi)有引起足夠的重視。 近三四十年來(lái)，各種電力電子裝置的迅速發(fā)展使得公用電網(wǎng)的諧波污染日趨嚴(yán)重，由諧波引起的各種故障和事故也不斷發(fā)生，諧波危害的嚴(yán)重性才引起人們高度的關(guān)注。 諧波的危害十分嚴(yán)重。諧波使電能的

39、生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過(guò)熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對(duì)于電力系統(tǒng)外部，諧波對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。諧波對(duì)公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害大致有以下幾個(gè)方面：7.1、加大企業(yè)的電力運(yùn)行成本由于諧波不經(jīng)治理是無(wú)法自然消除的，因此大量諧波電壓電流在電網(wǎng)中游蕩并積累疊加導(dǎo)致線路損耗增加、電力設(shè)備過(guò)熱，從而加大了電力運(yùn)行成本，增加了電費(fèi)的支出。7.2、降低了供電的可靠性諧波電壓在許多情況下能使正弦波變得更尖，

40、不僅導(dǎo)致變壓器、電容器等電氣設(shè)備的磁滯及渦流損耗增加，而且使絕緣材料承受的電應(yīng)力增大。諧波電流能使變壓器的銅耗增加，所以變壓器在嚴(yán)重的諧波負(fù)荷下將產(chǎn)生局部過(guò)熱，噪聲增大，從而加速絕緣老化，大大縮短了變壓器、電動(dòng)機(jī)的使用壽命，降低供電可靠性，極有可能在生產(chǎn)過(guò)程中造成斷電的嚴(yán)重后果。7.3、引發(fā)供電事故的發(fā)生電網(wǎng)中含有大量的諧波源（變頻或整流設(shè)備）以及電力電容器、變壓器、電纜、電動(dòng)機(jī)等負(fù)荷，這些電氣設(shè)備處于經(jīng)常的變動(dòng)之中，極易構(gòu)成串聯(lián)或并聯(lián)的諧振條件。當(dāng)電網(wǎng)參數(shù)配合不利時(shí)，在一定的頻率下，形成諧波振蕩，產(chǎn)生過(guò)電壓或過(guò)電流，危及電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，如不加以治理極易引發(fā)輸配電事故的發(fā)生。7.4、導(dǎo)致設(shè)

41、備無(wú)法正常工作對(duì)旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)，由于諧波電流或諧波電壓在定子繞組、轉(zhuǎn)子回路及鐵芯中產(chǎn)生附加損耗，從而降低發(fā)輸電及用電設(shè)備的效率，更為嚴(yán)重的是諧波振蕩容易使汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生震蕩力矩，可能引起機(jī)械共振，造成汽輪機(jī)葉片扭曲及產(chǎn)生疲勞循環(huán)，導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常工作。7.5、引發(fā)惡性事故繼電保護(hù)自動(dòng)裝置對(duì)于保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行具有十分重要的作用。但是，由于諧波的大量存在，易使電網(wǎng)的各類(lèi)保護(hù)及自動(dòng)裝置產(chǎn)生誤動(dòng)或拒動(dòng)，特別在廣泛應(yīng)用的微機(jī)保護(hù)、綜合自動(dòng)化裝置中表現(xiàn)突出，引起區(qū)域（廠內(nèi)）電網(wǎng)瓦解，造成大面積停電等惡性事故。7.6、導(dǎo)致線路短路電網(wǎng)諧波將使測(cè)量?jī)x表、計(jì)量裝置產(chǎn)生誤差，達(dá)不到正確指示及計(jì)量(計(jì)量?jī)x表

42、的誤差主要反映在電能表上)。斷路器開(kāi)斷諧波含量較高的電流時(shí)，斷路器的遮斷能力將大大降低，造成電弧重燃，發(fā)生短路，甚至斷路器爆炸。7.7、降低產(chǎn)品質(zhì)量由于諧振波的長(zhǎng)期存在,電機(jī)等設(shè)備運(yùn)行增大了振動(dòng), 使生產(chǎn)誤差加大,降低產(chǎn)品的加工精度，降低產(chǎn)品質(zhì)量。7.8、影響通訊系統(tǒng)的正常工作當(dāng)輸電線路與通訊線路平行或相距較近時(shí)，由于兩者之間存在靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，形成電場(chǎng)耦合和磁場(chǎng)耦合，諧波分量將在通訊系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生聲頻干擾，從而降低信號(hào)的傳輸質(zhì)量，破壞信號(hào)的正常傳輸，不僅影響通話的清晰度，嚴(yán)重時(shí)將威脅通訊設(shè)備及人身安全。 諧波會(huì)對(duì)鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量；重者導(dǎo)致住處丟失，使通信系統(tǒng)

43、無(wú)法正常工作。編輯本段八、國(guó)內(nèi)治理諧波污染的幾種方法目前常用的諧波治理的方法無(wú)外乎有三種，無(wú)源濾波、有源濾波、無(wú)功補(bǔ)償。下面就談?wù)勥@二種方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及市場(chǎng)前景及其經(jīng)濟(jì)效益的分析。8.1、無(wú)源諧波濾除裝置無(wú)源濾波器的主要是用電感器與電容器構(gòu)成，無(wú)源濾波裝置的成本較低，經(jīng)濟(jì)，簡(jiǎn)便，因此獲得廣泛應(yīng)用。無(wú)源濾波器可以分為并聯(lián)濾波器與串聯(lián)濾波器。 8.1.1、無(wú)源并聯(lián)濾波器 現(xiàn)有的諧波濾除裝置大都使用無(wú)源并聯(lián)濾波器，對(duì)每一種頻率的諧波需要使用一組濾波器，通常需要使用多組濾波器用以濾除不同頻率的諧波。多組濾波器的使用造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增高，并且由于通常的系統(tǒng)中含有無(wú)限多種頻率的諧波成分，因此無(wú)法將諧波全

44、部濾除。不僅如此，由于并聯(lián)濾波器對(duì)諧波的阻抗很低，通常會(huì)使諧波源產(chǎn)生更大的諧波電流，諧振在不同頻率的濾波器還會(huì)互相干擾，例如7次諧波濾波器就可能會(huì)放大5次諧波。因此，如果有人將并聯(lián)濾波器安裝前后的諧波情況做過(guò)對(duì)比，就會(huì)發(fā)現(xiàn)：雖然濾波器安裝以后影響系統(tǒng)的諧波電流減小，但是各濾波器中以及進(jìn)入系統(tǒng)的諧波電流之和遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)未安裝濾波器之前，諧波源產(chǎn)生的諧波電流也超過(guò)未安裝濾波器之前。 從廣義的角度來(lái)講，頻率不等于工頻頻率的成分統(tǒng)統(tǒng)都是諧波。因此，工頻是單一頻率，而諧波有無(wú)限多種頻率，可見(jiàn)諧波具有無(wú)限的復(fù)雜性，使用并聯(lián)濾波器的方法顯然無(wú)法對(duì)付無(wú)限頻率成分的諧波。 8.1.2、無(wú)源串聯(lián)濾波器 由電感與電容串

45、聯(lián)構(gòu)成的LC串聯(lián)濾波器，具有一個(gè)阻抗很低的串聯(lián)諧振點(diǎn)，如果我們構(gòu)造一個(gè)串聯(lián)諧振點(diǎn)為工頻頻率的串聯(lián)濾波器，并將其串聯(lián)在線路中，就可以濾掉所有的諧波。這就是本文介紹的串聯(lián)濾波器，串聯(lián)濾波器由電感和電容串聯(lián)而成，并且串聯(lián)連接在電源與負(fù)荷之間，因此串聯(lián)濾波器的“串聯(lián)”二字具有雙重意思：一個(gè)意思表示電感與電容串聯(lián)，另一個(gè)意思表示串聯(lián)在電路中使用。 在三相電路中均接入串聯(lián)濾波器，由于串聯(lián)帶通濾波器對(duì)基波電流的阻抗很小，而對(duì)諧波電流的阻抗很大，于是只用一組濾波器就可以濾除所有頻率的諧波。 串聯(lián)濾波器對(duì)于諧振點(diǎn)頻率的電流具有極低的阻抗，對(duì)于偏離諧振點(diǎn)頻率的電流，則阻抗增大，偏離的越多，阻抗越大。對(duì)于比諧振點(diǎn)頻

46、率高的電流成分，電感的阻抗為主，對(duì)于比諧振點(diǎn)頻率低的電流成分，電容的阻抗為主。由于諧波成分通常比基波頻率高，因此濾除諧波的工作主要由電感完成，電容的作用是抵消電感對(duì)工頻基波的阻抗。 由于濾除諧波的作用主要由電感完成，因此電感量越大濾除諧波的效果越好。但是電感量越大則價(jià)格越高，損耗越大，因此從成本及損耗上去考慮問(wèn)題則希望電感量越小越好。當(dāng)電感的基波感抗小于負(fù)荷等效基波阻抗的50%時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)良好的濾波效果（負(fù)荷等效基波阻抗就是負(fù)荷相電壓有效值與相電流有效值的比值）。因此電感的基波感抗必須大于負(fù)荷等效基波阻抗的50%。 對(duì)于電容器的選擇與電感的選擇情況不同，電感的匝數(shù)可以隨意設(shè)計(jì)，而電容器的耐壓只

47、有固定的若干等級(jí)，不能隨意設(shè)計(jì)。比如在低壓配電系統(tǒng)中，就只有耐壓230V與400V的電力電容器可供選擇。由于電容器串聯(lián)在電路中，電容器中的電流即為負(fù)荷電流，當(dāng)電容器的實(shí)際工作電壓等于其額定電壓時(shí)，電容器中流過(guò)的電流等于電容器的額定電流，電容器得到充分的利用，因此，當(dāng)電容器的實(shí)際工作電壓等于其額定電壓時(shí)，電容器的成本最低。 實(shí)際的串聯(lián)濾波器成本主要由電感與電容器的成本構(gòu)成。串聯(lián)諧振的電感與電容對(duì)基波的阻抗相等并且電流相同，因此電感與電容的基波工作電壓相同。前面已經(jīng)說(shuō)明，當(dāng)電容器的實(shí)際工作電壓等于其額定電壓時(shí)，電容器的成本最低，因此電感的實(shí)際工作電壓應(yīng)該等于電容器的額定電壓。電容器的額定電壓等級(jí)大

48、都與電網(wǎng)電壓相當(dāng)，如果電感的實(shí)際工作電壓等于電容器的額定電壓，相當(dāng)于電感阻抗與負(fù)荷阻抗相當(dāng)，可以取得最好的性能價(jià)格比。在這個(gè)基礎(chǔ)上，如果提高電感的感抗，雖然濾波效果可以提高但提高不多，電感的成本增加，電容器需要串聯(lián)，成本急劇增加，性能價(jià)格比下降，因此電感的基波感抗大于負(fù)荷等效基波阻抗的200%沒(méi)有實(shí)際意義，如果降低電感的感抗，則濾波效果下降，電感的成本降低，電容器的容量增加因此成本增加，性能價(jià)格比也下降。為了獲得足夠的可靠性，電感與電容器的實(shí)際工作電壓應(yīng)略低于電容器的額定電壓。 當(dāng)諧波電流由外網(wǎng)竄入而影響內(nèi)網(wǎng)負(fù)荷設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí)，在電源與負(fù)荷設(shè)備之間接入串聯(lián)濾波器就可以阻擋諧波保證負(fù)荷設(shè)備的正

49、常運(yùn)行。 當(dāng)諧波由內(nèi)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生而影響系統(tǒng)時(shí)，產(chǎn)生諧波的設(shè)備即為諧波源，在諧波源與電源之間接入串聯(lián)濾波器就可以使諧波源產(chǎn)生的諧波電流大幅度減小。這里需要注意：串聯(lián)濾波器使諧波源自身產(chǎn)生的諧波電流減小，相當(dāng)于使污染源產(chǎn)生的污染減小，是治本的手段。而并聯(lián)濾波器并不能減小諧波源產(chǎn)生的諧波，而是為諧波電流提供一個(gè)低阻抗的通道，避免諧波電流污染系統(tǒng)，相當(dāng)于先污染再治理的方式，是治標(biāo)的手段。不僅如此，由于并聯(lián)濾波器對(duì)諧波的阻抗很低，通常會(huì)使諧波源產(chǎn)生更大的諧波電流。 當(dāng)串聯(lián)濾波器連接在電源與諧波源之間時(shí)，諧波源的輸入電壓波形會(huì)發(fā)生嚴(yán)重畸變，正時(shí)這種電壓波形的畸變使得諧波源的電流接近正弦波。這種輸入電壓波形畸

50、變可能會(huì)影響諧波源控制電路的正常運(yùn)行，如果出現(xiàn)控制電路不能正常運(yùn)行的情況，應(yīng)該將控制電路的電源改接至串聯(lián)濾波器的前端。8.2、有源諧波濾除裝置有源諧波濾除裝置是在無(wú)源濾波裝置的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。 8.2.1、有源濾波裝置的優(yōu)點(diǎn) 有源濾波裝置能做到適時(shí)補(bǔ)償，且不增加電網(wǎng)的容性元件，濾波效果好，在其額定的無(wú)功功率范圍內(nèi)，濾波效果是百分之百的。 8.2.2、有源濾波裝置的缺點(diǎn) 有源濾波裝置由于受到電力電子元件耐壓，額定電流的發(fā)展限制，成本極高，其制作也較之無(wú)源濾波裝置復(fù)雜得多，成本也就高得多了。 8.2.3、有源濾波裝置的原理 有源濾波裝置主要是由電力電子元件組成電路，使之產(chǎn)生一個(gè)和系統(tǒng)的諧波同頻率

51、、同幅度，但相位相反的諧波電流與系統(tǒng)中的諧波電流抵消。 8.2.4、有源濾波裝置的適用場(chǎng)合 有源濾波器主要的應(yīng)用范圍是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，尤其是寫(xiě)字樓的供電系統(tǒng)，工廠的計(jì)算機(jī)控制供電系統(tǒng)。 8.2.5、有源濾波裝置的現(xiàn)狀 對(duì)單臺(tái)的有源濾波裝置而言，其利潤(rùn)是可觀的，但用戶(hù)一般不愿意用有源濾波，對(duì)于諧波的含量，不必濾得太干凈，只要不危害其他用電器也就可以了。8.3、無(wú)功補(bǔ)償人們對(duì)有功功率的理解非常容易，而要深刻認(rèn)識(shí)無(wú)功功率卻并不是輕而易舉的。在正弦電路中，無(wú)功功率的概念是清楚的，而在含有諧波時(shí)，至今尚無(wú)獲得公認(rèn)的無(wú)功功率定義。但是，對(duì)無(wú)功功率這一概念的重要性，對(duì)無(wú)功補(bǔ)償重要性的認(rèn)識(shí)，卻是一致

52、的。無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)包含對(duì)基波無(wú)功功率補(bǔ)償和對(duì)諧波無(wú)功功率的補(bǔ)償。 8.3.1、諧波和無(wú)功功率的產(chǎn)生 在工業(yè)和生活用電負(fù)載中，阻感負(fù)載占有很大的比例。異步電動(dòng)機(jī)、變壓器、熒光燈等都是典型的阻感負(fù)載。異步電動(dòng)機(jī)和變壓器所消耗的無(wú)功功率在電力系統(tǒng)所提供的無(wú)功功率中占有很高的比例。電力系統(tǒng)中的電抗器和架空線等也消耗一些無(wú)功功率。阻感負(fù)載必須吸收無(wú)功功率才能正常工作，這是由其本身的性質(zhì)所決定的。 電力電子裝置等非線性裝置也要消耗無(wú)功功率，特別是各種相控裝置。 如相控整流器、相控交流功率調(diào)整電路和周波變流器，在工作時(shí)基波電流滯后于電網(wǎng)電壓，要消耗大量的無(wú)功功率。另外，這些裝置也會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流，諧波源都是

53、要消耗無(wú)功功率的。二極管整流電路的基波電流相位和電網(wǎng)電壓相位大致相同，所以基本不消耗基波無(wú)功功率。但是它也產(chǎn)生大量的諧波電流，因此也消耗一定的無(wú)功功率。 近30年來(lái)，電力電子裝置的應(yīng)用日益廣泛，也使得電力電子裝置成為最大的諧波源。在各種電力電子裝置中，整流裝置所占的比例最大。目前，常用的整流電路幾乎都采用晶閘管相控整流電路或二極管整流電路，其中以三相橋式和單相橋式整流電路為最多。帶阻感負(fù)載的整流電路所產(chǎn)生的諧波污染和功率因數(shù)滯后已為人們所熟悉。直流側(cè)采用電容濾波的二極管整流電路也是嚴(yán)懲的諧波污染源。這種電路輸入電流的基波分量相位與電源電壓相位大體相同，因而基波功率因數(shù)接近1。 但其輸入電流的諧

54、波分量卻很大，給電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染，也使得總的功率因數(shù)很低。另外，采用相控方式的交流電力調(diào)整電路及周波變流器等電力電子裝置也會(huì)在輸入側(cè)產(chǎn)生大量的諧波電流。 8.3.2、無(wú)功補(bǔ)償概述 無(wú)功功率對(duì)供電系統(tǒng)和負(fù)荷的運(yùn)行都是十分重要的。電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗主要是電感性的。因此，粗略地說(shuō)，為了輸送有功功率，就要求送電端和受電端的電壓有一相位差，這在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)；而為了輸送無(wú)功功率，則要求兩端電壓有一幅值差，這只能在很窄的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。 不僅大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)元件消耗無(wú)功功率，大多數(shù)負(fù)載也需要消耗無(wú)功功率。 網(wǎng)絡(luò)元件和負(fù)載所需要的無(wú)功功率必須從網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)地方獲得。顯然，這些無(wú)功功率如果都要由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)

55、過(guò)長(zhǎng)距離傳送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法應(yīng)是在需要消耗無(wú)功功率的地方產(chǎn)生無(wú)功功率，這就是無(wú)功補(bǔ)償。 8.3.3、無(wú)功功率的影響 8.3.3.1、無(wú)功功率的增加，會(huì)導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，從而使發(fā)電機(jī)、變壓器及其他電氣設(shè)備容量和導(dǎo)線容量增加。同時(shí)，電力用戶(hù)的起動(dòng)及控制設(shè)備、測(cè)量?jī)x表的尺寸和規(guī)格也要加大。 8.3.3.2、無(wú)功功率的增加，使總電流增大，因而使設(shè)備及線路的損耗增加，這是顯而易見(jiàn)的。 8.3.3.3、使線路及變壓器的電壓降增大，如果是沖擊性無(wú)功功率負(fù)載，還會(huì)使電壓產(chǎn)生劇烈波動(dòng)，使供電質(zhì)量嚴(yán)重降低。 8.3.4、無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔弥饕幸韵聨c(diǎn)： 8.3.4.

56、1、提高供用電系統(tǒng)及負(fù)載的功率因數(shù)，降低設(shè)備容量，減少功率損耗。 8.3.4.2、穩(wěn)定受電端及電網(wǎng)的電壓，提高供電質(zhì)量。在長(zhǎng)距離輸電線中合適的地點(diǎn)設(shè)置動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力。 8.3.4.3、在電氣化鐵道等三相負(fù)載不平衡的場(chǎng)合，通過(guò)適當(dāng)?shù)臒o(wú)功補(bǔ)償可以平衡三相的有功及無(wú)功負(fù)載。編輯本段九、諧波污染治理為解決電力電子裝置和其他諧波源的諧波污染問(wèn)題，基本思路有兩條：一條是裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)償諧波，這對(duì)各種諧波源都是適用的；另一條是對(duì)電力電子裝置本身進(jìn)行改造，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)可控制為1，這當(dāng)然只適用于作為主要諧波源的電力電子裝置。 目前，治理諧波的主要方法

57、就是在諧波源處安裝濾波器，就近吸收諧波源產(chǎn)生的諧波電流，現(xiàn)在廣泛采用的濾波器為無(wú)源濾波器。9.1、諧波治理標(biāo)準(zhǔn)到了50年代和60年代，由于高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，發(fā)表了有關(guān)變流器引起電力系統(tǒng)諧波問(wèn)題的大量論文。 70年代以來(lái)，由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭中的應(yīng)用日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴(yán)重。世界各國(guó)都對(duì)諧波問(wèn)題予以充分和關(guān)注。國(guó)際上召開(kāi)了多次有關(guān)諧波問(wèn)題的學(xué)術(shù)會(huì)議，不少?lài)?guó)家和國(guó)際學(xué)術(shù)組織都制定了限制電力系統(tǒng)諧波和用電設(shè)備諧波的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。GB/T 1454993 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同電壓等級(jí)各次諧波允許注入值都作了具體規(guī)定，其規(guī)定公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值。9.2、濾波器及其種類(lèi)常用的濾波器，大致分為以下七種類(lèi)型： 9.2.1、單調(diào)諧波濾波器 單調(diào)諧濾波器通頻帶窄，濾波效果好，損耗小，調(diào)諧容易，是使用最多的一種類(lèi)型。 9.2.2、雙調(diào)諧濾波器 雙調(diào)諧濾波器可替代兩個(gè)單調(diào)諧濾波器，只有一個(gè)電抗器（L1）承受全部沖擊電壓，但接線復(fù)雜，調(diào)諧困難，僅在超高壓系統(tǒng)中使用。 9.2.3、一階高通濾波器 一階高通濾波器因基波損耗大，一般不采用。 9.2.4、二階高通濾波器 二階高通濾