舒正發(fā)

摘要：在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，供電系統(tǒng)的無功功率與諧波消耗了大量的電力資源，文章提出要不斷研究新的抑制無功功率與諧波的措施與方法，同時可以積極優(yōu)化配網(wǎng)線路中的并聯(lián)電容器以及串聯(lián)電抗器的參數(shù)，采用綜合的補償技術，提高配網(wǎng)線路中的供電質量。

關鍵詞：供電系統(tǒng)；無功功率；補償技術；配網(wǎng)線路

中圖分類號：TM761 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）28-0077-02

新的世紀，社會科學技術獲得了快速的發(fā)展與進步，而電子系統(tǒng)技術也不斷向前發(fā)展。目前不同的新型電氣設備得到廣泛地應用，這些電氣設備具有高效節(jié)能的顯著特點，因此受到人民群眾的歡迎。但是隨著家用電器的大規(guī)模使用，導致供電系統(tǒng)中非線性電氣設備與負荷產(chǎn)生很多的高次諧波電流進入電網(wǎng)，因此直接使供電系統(tǒng)中的電壓波形發(fā)生嚴重畸變，同時功率因數(shù)也明顯降低，這樣會使供電系統(tǒng)中的電能質量下降，甚至可能威脅家用電器的用電安全。所以加大對配網(wǎng)線路中的無功功率與諧波的危害以及制定相應的防范措施的研究，對提高供電可靠性有著較大的意義。

1 配網(wǎng)線路中的無功功率與諧波的產(chǎn)生

1.1 家用電器在工作時產(chǎn)生無功功率與諧波

現(xiàn)在配網(wǎng)線路中很多家用電器呈現(xiàn)感性，如常見的空調、熒光燈、異步電動機以及計算機系統(tǒng)的整流器等。且諸如電動機、熒光燈等負載以及變電站的變壓器與電抗器要依靠無功功率才能正常運行，這是由其工作原理決定的。而變頻器、整流器、電子穩(wěn)壓電源等用電設備要利用相控方式才能正常工作，而作用其上的電壓的相位要超前于流過的電流，因此這些用電器要消耗很多的無功功率，同時產(chǎn)生不同階次的諧波電流。所以很多用電器即使作用于其兩端的電壓與流過的電流同相，由于供電線路中諧波電流的存在，這些用電器同樣要消耗一定的無功功率，因此配網(wǎng)線路中產(chǎn)生大量的無功功率與諧波電流，嚴重影響了供電系統(tǒng)的供電效率。

1.2 公用電網(wǎng)系統(tǒng)工作時產(chǎn)生無功功率與諧波

目前很多公用供電系統(tǒng)中利用電力電子設備，如電焊機、不同的大型變流器以及變頻器等，而且發(fā)電廠的發(fā)電機由于其周圍的磁場作用也會產(chǎn)生非正弦的電壓，這樣也會生產(chǎn)諧波，隨后就會進入配網(wǎng)線路中，同樣危害著供電系統(tǒng)的工作。這些諧波有時會嚴重影響工廠的正常生產(chǎn)工作的進行，若供電系統(tǒng)中的大型整流器設備沒有進行消除諧波的處理，那么其諧波電流可能導致工廠電動機的損壞，甚至引起生產(chǎn)安全事故。所以公用電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的無功功率與諧波會嚴重影響供電系統(tǒng)的正常工作。

1.3 無功功率與諧波的定義

根據(jù)經(jīng)典電路理論可以知道，在交流電網(wǎng)中存在有有功功率、無功功率與視在功率，計算公式如下所示：

有功功率：P=UIcosx

無功功率：Q=UIsinx

視在功率：S=UI

其中x是電壓超前于電流的相位角，三者的關系如下公式所示：

S2=P2+Q2

其物理意義是，有功功率P表示在一個周期內瞬時電壓與瞬時電流的乘積的積分，又稱平均功率；視在功率S表示電器兩端的電壓與電流有效值得乘積；無功功率Q表示不同的儲能元件的功率，在單相供電系統(tǒng)中無功功率在電感與電容反復交換，而在工農業(yè)生產(chǎn)的三相電路中，無功功率是具有儲能特性的負載在三相之間進行能量的相互交換，但是這些儲能元件不能消耗功率，因此任何時候三相電路中的無功功率之和為零。

2 抑制無功補償與諧波的措施

2.1 抑制無功功率補償?shù)拇胧?/p>

現(xiàn)在抑制電力系統(tǒng)中的無功功率的措施很多，通常利用同步發(fā)電機、同步電動機以及并聯(lián)電容器與靜止無功補償設備等。由于在很多供電系統(tǒng)中含有很多的阻感型負載，因此可知系統(tǒng)中的總等效負載會呈現(xiàn)感性，所以可以通過利用并聯(lián)電容器的方法補償無功功率，從而有效地提高供電系統(tǒng)中的功率因數(shù)。在電力系統(tǒng)中并聯(lián)電容器補償無功功率的原理圖以及向量圖如下圖1

所示：

圖1 并聯(lián)電容器補償無功功率的原理圖以及向量圖

從上圖可知，在電阻R與電感L電路兩端并聯(lián)電容C之后，那么可以有效減少電壓相量Ua與電流相量Ia之間的相位，從而提高整個系統(tǒng)中的功率因數(shù)。而且利用電容器補償電路中的無功功率原理簡單，容易操作，成本低，能有效地減少耗能，因此得到了廣泛的應用。

2.2 抑制諧波的措施

通?？梢岳脽o源LC濾波器或者有源的電力濾波器濾波以及改變諧波源來抑制諧波，在工程中可以通過提高變流器的相數(shù)以及利用高功率因數(shù)整流器等措施抑制諧波。而由于無源的LC濾波器的原理簡單，容易操作，成本低，可靠性好以及便于維護等優(yōu)點，便其得到廣泛的應用。濾除諧波的基本原理是為電力系統(tǒng)中的高次諧波提供通路釋放出去，這樣可以使高次諧波被短路，從而只是在供電系統(tǒng)中保留基波，從而有效地消除電力系統(tǒng)中的高次諧波。其原理圖如圖2所示：

圖2 濾除高次諧波原理圖

濾除諧波的LC電路是利用適當?shù)碾姼?、電容以及電阻構成。濾波器要使需要濾除的諧波頻率在感抗與容抗上相等而相互抵消，這也成為調諧。在調諧頻率上LC濾波器呈現(xiàn)低阻抗的特點，而在含有諧波的配網(wǎng)線路中，電容器的阻抗呈現(xiàn)容性，這樣就會與配電網(wǎng)線路中的諧波作用，而在并聯(lián)諧振或者串聯(lián)諧振時，電容器會對諧波電流進行放大，這樣很容易導致電容器以及其他電氣設備上的功率過大而損壞。因此要利用LC電路調諧濾波，保證供電的安全。

3 抑制無功補償與諧波的發(fā)展方向

雖然傳統(tǒng)的抑制無功功率與諧波的措施很多，但是通常都是靜態(tài)補償?shù)拇胧?，因此若配網(wǎng)線路中的各種參數(shù)確定以后，就不能隨時改變，而在供電系統(tǒng)中由于負載是隨著用戶的用電情況不斷發(fā)生變化，那么配網(wǎng)線路中的感性負載也是變化的，但是傳統(tǒng)的補償措施不能隨著變化而及時變化，因此不能進行動態(tài)的補償。但是在新的時期，配網(wǎng)線路中的動態(tài)補償需求越來越重要，因此有必要積極研究配網(wǎng)線路中的動態(tài)補償?shù)男麓胧?，改進傳統(tǒng)補償方式。傳統(tǒng)補償方式的濾波頻率可調性比較差，而且補償?shù)男Ч艿脚渚W(wǎng)線路中的阻抗以及運行狀態(tài)的影響比較大，導致系統(tǒng)容易出現(xiàn)并聯(lián)諧振的情況，可能導致用電器出現(xiàn)過載的現(xiàn)象，因此補償效果可能很不理想，有必要研究新的補償?shù)姆绞?。在新的世紀，隨著科學技術的快速發(fā)展，現(xiàn)在很多科研人員正在研究有源電力濾波器補償?shù)目赡苄裕瑢磉@種補償措施可以利用實時檢測配網(wǎng)線路中的電壓電流經(jīng)計算機系統(tǒng)處理之后來發(fā)出補償控制的指令，從而控制配網(wǎng)線路產(chǎn)生諧波補償電流與系統(tǒng)中諧波電流相互抵消，最終濾除諧波。而且有源電力濾波器一方面可以實現(xiàn)濾波諧波，另一方面還可以實現(xiàn)無功動態(tài)補償?shù)淖饔?，因此有源電力濾波器補償是將來抑制無功補償與諧波的重要措施與方法。在不同的配網(wǎng)線路中，還要根據(jù)具體情況，結合傳統(tǒng)補償方式，采用科學合理的補償措施，使之達到好的經(jīng)濟效益與社會效益。同時相關科研單位要抓住機遇，發(fā)展新的可用的方式，促進電力系統(tǒng)的發(fā)展。

4 結語

目前，由于大量的用電器的使用，配電線路中的無功功率與諧波污染不斷嚴重，這些日益影響工農業(yè)的正常生產(chǎn)，因此為了保證國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，有必要不斷研究新的抑制無功功率與諧波的措施與方法，同時可以積極優(yōu)化配網(wǎng)線路中的并聯(lián)電容器以及串聯(lián)電抗器的參數(shù)，采用綜合的補償技術，同時積極改進發(fā)電系統(tǒng)，這樣才能提高配網(wǎng)線路中的供電質量。

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