電力電子技術與諧波抑制

　　電力電子技術與諧波抑制【1】

　　摘 要 本文闡述了電力電子技術的發展狀況，分析了諧波污染的危害以及抑制措施，并介紹了無功問題和諧波治理中一些新的技術。

　　關鍵詞 諧波抑制電力電子技術諧波治理

　　1 諧波的產生和影響

　　1.1 諧波與無功功率的產生

　　在用電負載中，阻感負載占了很大一部分，阻感負載要正常的工作就要吸收無功功率。

　　而這些裝置中交流側的電流會因為使用了相控方式而滯后于電壓，也就產生了大量的諧波電流。

　　即使一些交流側電壓電流基本相同的裝置，但是電流波形的畸變，也會產生諧波電流，導致無功功率被消耗。

　　純正弦交流電路中，定義了三種功率，它們的表達式為(P是有功功率，Q是無功功率，S是視在功率)：

　　P=UIcosφ

　　Q= UIsinφ

　　S=UI

　　三種功率滿足關系式：

　　S2=P2+Q2

　　有功功率P的表示交流平均功率;視在功率S在工程上表示為電氣設備功率中設計的極限值，它當中的額定電流由銅耗和導線的截面積決定;無功功率表示的則是含有儲能元件的電路中的一種功率互換的幅度，單相電路與三相電路之間又有一些不同。

　　在非正弦交流電路中，有功功率和視在功率可以分別表示成：

　　其中，Un和In分別代表基波和諧波中電壓、電流的分別的有效值。

　　按照純正弦電路的模式，可以給非正弦電路的無功功率做一個定義：

　　在這里，Q雖然反應能量的流動交換，但卻不體現其的消耗情況。

　　公用電網的電壓，波形穩定，畸變很小，而電流的畸變可能卻很大，所以在研究過程中，可以將各個功率可以用以下公式表示：

　　其中，Qf和D分別表示基波電流和諧波電流產生的無功功率。

　　功率因素可以表示成：

　　在這個式子中，u=I1/I是叫波形畸變因數，cosφ1則被稱為位移因數或功率因數。

　　可以看出，功率因數在非正弦電流電路中除了與基波電流相關，還與諧波大小有關系。

　　所以，電路中的諧波，會使得無功功率增大，從而使功率因數變低，導致電氣容量的可利用率下滑，從而損害電網。

　　1.2 諧波對電網的影響

　　1)諧波的產生，會使電網設備產生附加的損耗，從而降低供配電以及用電設備的功率。

　　2)諧波引起的過電壓、過電流將會使變壓器產生過熱現象，這樣一來，設備容易老化，使用壽命縮短而且還會損壞。

　　3)諧波會到這繼電保護裝置的誤操作，是一些測量儀表失效或測量不準確。

　　4)諧波會在公用電網中引發并聯諧振和串聯諧振，極易造成安全隱患。

　　5)諧波的產生，對近處的通信裝置產生干擾，導致通信質量下降，造成一些額外損失。

　　2 對諧波抑制技術的研究

　　各國在電力技術方面都制定了一些法規或措施來將諧波抑制控制在允許范圍，對諧波和諧波電流的合成方法進行了明確說明，為了滿足這些要求，要采用一些方法來抑制諧波以及對無功功率進行補償。

　　2.1 安裝諧波補償裝置

　　2.1.1 無源濾波器

　　無源電力濾波器(PPF)在諧波抑制中有很大優勢，初期投資比較小，運行效率高，它主要利用電子元件的諧振特性，使得電感或電容在阻抗分流回路中形成低阻抗，但體積大，材料消耗多等，也是它的缺點。

　　2.1.2 有源濾波器

　　有源濾波器(APF)與無源濾波器(PPF)相比而言，它能在補償各次諧波的同時，還能調節三相不平衡電壓和抑制閃變;并且它能夠對動態的諧波進行跟蹤補償，達到自適應的效果;濾波特性也不受頻率與阻抗影響。

　　因為優勢明顯，APF技術也是治理電網污染中的一項關鍵技術，對它的研究比較廣泛。

　　根據使用場合分，可分為有源直流和有源交流兩類;根據逆變電路儲能元件來分，分為電流型與電壓型濾波裝置，如圖1所示：a)為電壓型。

　　b)為電流型。

　　電壓型效率高，可任意并聯擴容，適用于電網級的諧波補償，且技術相對成熟，目前使用廣泛;電流型結構簡單，性能穩定，不適用大容量系統。

　　通過接入電網的方式來分，還可分為串聯型與并聯型。

　　并聯型的APF，主要功能是消除負載引起的諧波電流，優勢是可以多臺并聯使用，適用于多種容量場合;串聯型APF，是通過向電網中加入或減去一個瞬時電壓，使負載側電壓維持一個純正弦波，這種方式使串聯型在電壓敏感性負載中非常適合，但它負載電流過大，體積較大，沒有并聯型使用廣泛。

　　有源濾波器的控制策略是濾波技術中最重要的部分，包括直流側電容電壓控制、輸出電流跟蹤控制，一般來說又可分為開環控制、閉環控制，目前主要采用閉環控制技術，它補償效果較好。

　　參考文獻

　　[1]劉玉冰.關于電力電子技術與諧波抑制、無功功率補償技術的研究[J].科技廣場，2007(7)：218-221.

　　[2]吳任國.電力電子技術及電力系統諧波治理[J].船電技術，2010，30(11)：55-58.

　　電力電子技術與諧波抑制、無功功率補償技術研究【2】

　　為了進一步提高電力系統的穩定性，確保電力輸送的高效性，本文通過對配電系統中諧波和無功功率進行簡要分析，在結合無功功率與諧波對電力系統影響的基礎上，對電子電力技術以及無功功率補償和諧波抑制的現狀展開了詳細的論述和分析，從　　【關鍵詞】電力電子技術 諧波抑制 無功功率

　　電力電子技術在電力系統中的應用不僅能夠提高系統的輸電能力，而且還可以在降低系統能耗的同時，改善輸電質量，提高電力輸送的靈活性和穩定性。

　　但在電力電子技術得以應用的同時，其相關設備也成為了電力系統運行當中的諧波源，并在運行過程中對系統的無功功率進行消耗，從而對電力系統的正常運行產生嚴重影響。

　　因此，加強對諧波問題和無功功率損耗問題解決方法的研究力度，已成為電力生產、輸送領域需要面對和解決的主要問題。

　　1 配電系統中諧波與無功功率概述

　　對配電系統中的水泵異步電機和熒光燈與支撐計算機系統運行等負載進行分析可知，其必須消耗系統產生的無功功率方能實現正常工作。

　　但變頻器、整流器等電力電子裝置通常采用的是相控方式工作的，這種控制方式使得此類設備的交流側電壓常滯后于系統運行電壓，其不僅會消耗大量的無功功率，而且在運行的同時還會產生諧波電流，從而影響電力系統的正常運行。

　　給出有功功率P、無功功率Q和視在功率S三者的關系式：

　　S2=P2+Q2 (1)

　　其中，P為系統瞬時功率在單位周波中積分得平均值，即系統交流平均功率，S為各類電器設備的最大可利用容量，具體來說就是電壓U和電流I的有效值乘積，分別由設備的絕緣性和導線橫截面積決定;Q表示具備儲能性質的電氣元件功率交換的幅度，通常單相電路功率互換大都發生在儲能設備和電源中，而三相電路功率互換則以在具有儲能性質的三相設備中的往復流動為主，需要說明的是任意時刻內，三相無功功率的和恒定為零。

　　2 無功功率和諧波對電力系統的影響

　　2.1 無功功率對電力系統的影響

　　(1)無功功率的加將會使得供電設備的視在功率S增加，同時，也會引發啟動設備、控制設備和儀表等測量設備的尺寸與規格擴增;

　　(2)無功功率的增加必將使得電力系統設備與線路損耗更加嚴重，縮短電氣設備壽命;

　　(3)無功功率增加將會引發變壓器與線路壓降的擴大，從而使電網電壓產生劇烈波動，影響電力系統的穩定性。

　　2.2 諧波的主要危害

　　(1)變頻器和整流器等所產生的諧波將引起電氣設備附加諧波的損耗，同時，使得供配電設備的工作效率下降;

　　(2)諧波對各類電氣設備的影響也較為嚴重，例如，引起系統的過電流和過電壓，從而增加變壓器的負擔，引發電纜過熱和絕緣裝置老化;

　　(3)諧波的另一危害體現在對公用電網的影響上，由于電網中的電流大都是以正弦的形式存在的，而諧波的產生會導致非正弦電流電路的功率因數增加，從而在電場中產生非正弦電流，導致公用電網的局部諧波被進一步放大，甚至將會導致串、并聯諧振，增加電力設備的安全風險。

　　3 電子電力技術的應用現狀

　　由于電子電力技術在無功功率補償和諧波抑制方面具有較為鮮明的作用，故對電子電力技術的應用情況進行了解是極為必要的。

　　3.1 高壓直流輸電技術――HVDC

　　此項技術對容量較大且距離較遠的電力傳輸工作而言具有較強的優越性。

　　由于在輸電過程中，基于HVDC技術輸電時產生的電能損耗要遠低于以傳統交流輸電技術為主所產生的電能損耗，且HVDC在支持電力傳輸時所需的傳輸線纜更少，在減少占地的同時，也省去了傳統交直流輸電轉化所需的特殊設備，故而在遠距離傳輸時具備良好的經濟性。

　　現階段，全球HVDC工程擁有50余個，技術支持的總設備容量達到了3.6×104MW，考慮到我國的地域遼闊且能源分布不均等情況，加大對HCDC技術的研發和投入力度極為必要。

　　3.2 靜止無功補償器――SVC

　　將以晶閘管為基礎元件的固態開關取代原有的機械開關，通過對抗電器與電容器進行控制，從而實現快速且頻繁地對輸電系統導納功能進行改變的目的。

　　通常，SVC由固定或可變電容器支路同系統中的可控支路并聯組成，分為TCR、TCT以及TSC和SSR四種類型，其中，TCR型SVC的反應速度最快，可達5-20ms，且不僅運行可靠，而且在分相調節和價格與使用范圍方面也具有較大的優勢。

　　目前，全球已擁有220余套配置SVC的輸配電系統，總容量已達到3.5×104var，隨著SVR優勢的進一步普及，其在輸配電領域和工業用電方面必將得到全面的發展和推廣。

　　4 無功功率補償與諧波抑制現狀

　　電力系統中的無功功率補償方法主要包括了同步發電機、調相機、電動機的引用補償和并聯電容器與SVC補償，由于多數工程供電系統中，阻感性負載占據絕大部分，使得總等效負載呈現感性，故而可采用并聯電容器的方式對無功功率進行補償，從而提高功率因數。

　　根據電容器在系統中安裝位置的差異，其并聯補償方式主要包括以下幾種：

　　(1)將電容器組集中安置在電源母線上，從整體上提高變電裝置的功率因數，降低饋出線路的無功損耗。

　　(2)分區補償。

　　在功率因數較低區域的母線上分別裝置電容器組，以此來增強無功功率補償的效果，但缺點是同集中補償相比，分區補償的范圍有所減小。

　　(3)就地補償。

　　對異步電動機等感性設備進行功率補償時，將電容器組安置在負載設備周邊進行無功補償，在提高用電設備在供電回路功率因數的同時，改善用電設備的電壓質量。

　　供電系統諧波抑制的方式主要有兩種，一種是利用無緣LC濾波器或是有源電力濾波器對系統運行過程中所產生的諧波進行過濾;另一種是對諧波源進行改造，例如將變流器的相數提高或更換具有較高功率因數的整流器等。

　　其中，LC無源濾波器抑制諧波的方法較為常見，采用電力電容器以及電抗器電阻對具備某一特征的次諧波進行抑制，在次諧波頻率下濾波器的逐鹿進行串聯諧振，同時，寫成具有較低阻抗的通路，從而使次諧波電流盡可能少地流入到電網當中，最大限度地降低諧波對電網的影響。

　　5 結論

　　本文通過對配電系統中的諧波和無功功率產生的原因進行分析，在結合無功功率以及諧波對電力系統影響的基礎上，從電子電力技術應用現狀的角度出發，提出了無功功率補償和諧波抑制的相關方法。

　　可見，未來加強對電子電力技術以及無功功率補償與諧波抑制方法的研究和應用力度，對于促進電力產業的健康、穩定發展具有重要的現實意義。

　　參考文獻

　　[1]李志遠.無功補償裝置SVG技術研究及應用[J].科技風，2014，10(12)：70.

　　[2]張生龍.淺談電力系統中無功補償的重要性和其主要方式[J].科技創新導報，2014，02(23)：76-77.

　　[3]郭攀，顧海衛.淺析無功補償技術在電氣自動化中的應用[J].科技與企業，2014，04(10)：157.

　　電力系統中電子技術在諧波治理中的應用【3】

　　摘 要：隨著時代的突飛猛進，我國科技的發展也進入到了新的階段，特別是針對電力行業來說，作為我國主要支柱行業之一，信息化時代背景條件下，也需要進行不斷的創新和思考。

　　就目前而言，電力行業已經成為了一個最基礎的行業，不但為我國其他行業正常的生產和發展帶來了重要保障。

　　同時也是我國居民正常生活的基礎。

　　但是由于電力行業的重要性，所以對于行業本身也具有更加嚴謹的要求，特別是對電力輸送時出現的問題進行相應的解決，所以，在電力系統中研究電子技術在諧波治理中的應用，將對我國電力行業的發展提供重要的參考。

　　關鍵詞：電力系統中的電子技術 諧波治理方法 分析和運用

　　諧波是一種正弦波，其特點主要是頻率始終在基波的整數倍，而當電路中有非線性元器件或者負載時，就會導致電網內部再次產生多個與基波呈整數或者分數倍的正弦波，這些波也就說電網諧波，特別是一些高次諧波，很容易導致電網不穩定，也會導致諸多安全問題的發生，于此同時，諧波污染已經被電子行業列為主要的發展問題之一。

　　而作者將通過該文，就電力系統中電子技術在諧波治理中的應用進行分析和探討。

　　1 諧波產生的原因

　　對于電力系統而言，諧波的產生是一個無法消除的過程，按照諧波產生的元器件不同，主要可以將諧波的來源歸結為兩大類：(1)電源產生諧波，這種諧波主要是由于發電機電壓器等工作電壓高于額定電壓，且百分比要大于10%，同時加上磁飽和，引發3次諧波出現快速增加;(2)由于用戶采用的電器多為非線性電器，例如電焊裝置以及電弧爐等等，同時還有一些電鍍直流裝置;變頻冰箱空調等特殊裝置，導致交流整流發生逆變。

　　2 電網諧波的害處

　　電網諧波的影響相對廣泛，一般來說其危害可以按照類型分為四類：(1)諧波會對供電網絡產生威脅，特別是相關測量時，通常會采用電磁繼電器，但是諧波會引發測量元件發生誤動，最后導致配電系統安全性難以得到保障;(2)諧波會對設備造成損毀，一般在電網中主要采用的金屬以銅鐵居多，而不同的諧波則會導致這些金屬出現磨損，直接導致變壓器出現異常，另外諧波也會導致電容器消耗過多，最終發生過早老化報廢;(3)諧波會對通訊系統產生電磁干擾，從而導致通訊的質量下降;(4)諧波對于人體的危害也是極其巨大的，其主要危害就是同時產生的噪音會讓人的正常生活受到影響，同時會導致人的正常細胞受到刺激而發生異變。

　　3 電子技術分類

　　對于目前我國電力系統來說，主要用到的多為半導體元器件，所以電子技術的類型也可以分為以下幾類，即高壓直流輸電技術，無功補償技術，交流輸電技術，用戶電力技術以及變頻技術。

　　就高壓直流輸電技術來說，主要被廣泛運用到電力輸送以及工程建設方面;無功補償技術，是針對對于輸電系統的無功功率進行相應的功率補償，保證以滿足輸送的需求;交流輸電技術則廣泛運用于晶閘管控制的移相器、相間功率控制器等等元器件的制造中;而用戶電力技術的目標是實現輸電系統的可靠性和穩定性，提升供電的效率，運用比較常見的元器件有：動態電壓恢復器(DVR)，固態斷路器(SSCB)等等;最后是變頻技術，變頻技術目前運用比較常見的是空調冰箱等電器，當然還會運用在發電廠的風機以及抽水機，主要是通過頻率調整，實現節能效果[1]。

　　4 電子技術在諧波治理中的運用

　　4.1 有源濾波器的實現

　　有源濾波器(又被稱為APF)，故名思意，其工作原理與電壓有直接的關系。

　　有源濾波器的在工作時，通常會首先對補償目標進行電流以及電壓的數據測量，同時對諧波以及無功功率進行計算，最后算出補償電流的大小，并且保證其余諧波以及無功電流相消除，最后達到獲得電源電流的目標。

　　而在有源濾波器的研究歷程中，大功率開關元器件的雛形以及瞬間無功理論的提出，都為其發展提供了寶貴的數據。

　　但是有源濾波器的開發還是需要太大的成本，而且容量較低，所以目前對于有源濾波器的研究暫時停滯，有的研究則考慮將有源濾波器與無源濾波器進行結合，即研究混合濾波裝置的工作職能，這種方法可以有效降低因串聯導致的諧振現象，對于有源濾波器的容量要求也沒有太高，利于實現[2]。

　　4.2 有源功率因素校正設備實現

　　將整流器的電流通過正弦電壓處理，就可以得到功率因素的校正。

　　但是需要建立在一定的電路條件下，即需要一個無源或者有源電路作為基礎，前者設計難度相對較小，僅需要控制電流的諧波，即設定電抗性負載;而后者則需要專有的控制系統，利用開關讓輸入電流轉化為正弦電流，以免諧波發生干擾，也是運用較為廣泛的一種方式。

　　有源功率因素校正電路一般會采用升壓斬波電路或者Buck-Boost型電路，即根據電感電流進行分析，將有源因數校正設備分為連續導通以及間斷導通兩種情況。

　　而目前有源功率因數校正方法的研究已經完成了小功率可控電源的研發，而三相有源功率因素校正技術則還在研究發展階段，尚未獲得廣泛運用，不過已經是目前世界電子科研主要的研究目標之一[3]。

　　5 結語

　　信息化是目前新時代的特征，而信息技術作為時代的特定產物，也被廣泛運用到現在科技中，特別是一些電子通信行業，甚至包含重要的電力行業。

　　就電力行業而言，其主要的核心在于測量以及調整，特別是對于電力行業的輸送電網來說，由于對民眾的日常生活以及工業產生發展具有重要的作用，所以其可靠性也是極其重要的。

　　電網諧波是電力系統中長久以來存在的問題，無論是在電力輸送的效率、質量、電網設備的安全以及居民身體健康方面，都存在較大的威脅，而電子技術則在此刻體現出其重要的價值，通過相關的電子技術，可以準確找出諧波的產生以及電網的缺陷，從而通過先進的技術手段進行治理，降低和減輕諧波對電力系統造成的影響，提升輸電效率，保證工業正常的生產流程和民眾正常的生活。

　　參考文獻

　　[1] 李建民.淺談配電網諧波的危害及其治理措施[J].科技創新與應用，2014，12(34)：155.

　　[2] 張建軍，陳磊，毛俊杰.電力系統諧波產生的原因及治理措施分析[J].科技資訊，2014，12(35)：110.

　　[3] 李江，王義偉，魏超，等.卡爾曼濾波理論在電力系統中的應用綜述[J].科技創新與應用，2014，3(6)：136-138.

【電力電子技術與諧波抑制】相關文章：

現代電力電子技術10-05

電力電子技術的實踐應用10-05

電力電子技術與現代建筑的結合10-05

電力電子技術與現代建筑結合10-05

大功率電力電子技術的應用10-05

電力電子技術在光伏系統的應用10-05

現代電力電子技術的發展趨勢10-05

現代電力電子技術在煤礦電氣的應用10-05

電力電子技術工程個人簡歷范文10-08