配电网无功补偿和谐波治理措施探讨

曹红娟　张兴良

摘 要：配电网建设过程中，逐渐有更多非线性负荷，出现功率因数降低以及谐波污染等问题，进而会对设备运行效率以及线路系统电压差值等产生严重影响，同时还会加大电能资源的浪费。为提高配电网运行效率，必须要对配电网无功补偿以及谐波治理方面进行深入分析，从现有基础上来选择合适的措施进行优化，减少谐波危害的产生，从根本上提高治理效果，文章就此方面内容进行了简要分析。

关键词：配电网；无功补偿；谐波治理

社会生产生活中电力电子技术应用更为广泛，提高了生产效率，但同时其产生的负面效应也就更大，运行时会存在大量谐波被注入到配电网中，出现谐波污染问题。同时，配电网在运行时，受无功功率不足以及非线性冲击负荷等因素影响，很容易出现电压波动或者闪变问题，不但会影响电网运行稳定性，同时也会增大电能浪费。因此，想要提高配电网运行综合效率，必须要加强对无功补偿与谐波治理问题的研究。

1 配电网无功补偿与谐波原理分析

1.1 无功补偿

配电网在运行过程中如果线路消耗过大或者变压器损耗严重，就会导致电网出现线损故障，这样如果想要降低电网运行损耗，就需要做好线损研究管理，采取措施进行优化[1]。无功补偿有效调理无功潮流的分布，达到降低电网损耗的目的，提高线路运行综合效率。

1.2 谐波

1.2.1 产生原因。在对电网非线性设备施加正弦基波电压时，设备所吸收电流与施加电压波形存在差异，这样就会造成系统电流出现畸变。并且产生的谐波电流会随着配电网直接进入到电网系统中，影响电网运行稳定性，进而这些电力电子设备即为谐波源，如软启动器、变频器与整流器等。

1.2.2 谐波危害。第一，安全性。配电网运行过程中存在大量的谐波危害，在很大程度上降低了电网运行安全性。主要是因为谐波电流会造成电路电压与电流畸变，对继电器保护检测回路产生干扰，导致电网内继电保护装置误动或者拒动，降低电网运行稳定性[2]。第二，稳定性。主要是针对系统内各类电气设备，受谐波影响会导致电机出现振动与噪声，严重的甚至会不能正常运行。谐波电流增大，导致变压器运行温度上升，加速绝缘老化，缩短各构件寿命。同时，谐波的存在会降低对电气测量仪表计量的准确度，增大计量误差。第三，经济性。谐波对电网产生的影响会贯穿到每个环节中，导致异步电动机能量损耗增大，降低其使用效率，增大电力变压器运行损耗，使得设备实际使用容量降低，进而会造成线损增加，产生更大的浪费。

2 配电网无功补偿与谐波治理装置分析

2.1 无源滤波器

想要将电网中存在的谐波滤除，需要设置单独释放谐波的路径，保证基波可以正常使用，而谐波短路在通过过滤器时，就可以保证其不进入电容器系统，而直接流向谐波源。目前针对此我国常用的装置为LC无源滤波器，使用时对相关参数进行设置，确保可以将想要滤除谐波上的感抗与容抗抵消掉，确保谐波可以顺利回到谐波源，降低对电网运行以及电气设备的影响[3]。另外，常用装置还有高通滤波器，同样具有低阻抗特点，并且一次性有效滤除多种谐波。

2.2 有源滤波器

配电网无功补偿装置中进行谐波治理，所需装置为有源滤波器，可以实现对电网电压与电流的实时监测，并对所测数据进行分析处理，最后得出补偿指令，来控制主电路产生的谐波补偿电流。装置运行原理即将两股电流抵消，来将电网电流中存在的谐波消除掉，而只保留基波电流。同时，选择用有源滤波器来治理谐波，可以跟踪频率与幅度发生变化的谐波，可以有效避免谐振问题的发生。并且将其应用到无功补偿装置中治理谐波时，还可以抑制闪变，使用过程中具有更高的可控性与响应性。

3 配电网无功补偿与谐波治理措施分析

3.1 无功补偿治理

3.1.1 集中补偿。集中补偿方式的应用，即将电容器组集中设置在总压降变电所6-10kV母线上，达到提高变电所功率因数的目的[4]。所应用设备主要包括同步调相机、静止补偿器以及并联电容器等，具有宽泛的补偿范围，以及较大的补偿容量调节范围，无论是操作还是管理均具有较大的优势。选择此种补偿治理方式，可以有效平衡电网无功功率，达到降低线损与变压器损耗的目的，有效提高电网功率因数。

3.1.2 分散补偿。分散补偿即通过设置电容器来对电力线路进行无功补偿，其中要合理确定安装杆塔数量，并降低电容器控制难度，尽量选择用避雷器与熔断器等简单装置来进行电容器保护。同时，为避免出现过补偿问题，需要以实际运行负载情况来选择。与其他补偿方式相比，分散补偿将主要治理对象为电力线路以及公用变压器，所需投资小，管理难度低，适合用于路径较长、功率因数低以及负载较大的电网线路。

3.1.3 随机补偿。随机补偿即为低压电容器组与电动机并接在一起的方法，利用低压电容器与保护装置，来达到电动机同时投切的补偿。将此种补偿方式应用到配电网中，可以有效对电动机进行无功补偿，在提高电动机运行效率的同时，降低配电线路运行损耗。并且，随机补偿方式应用时，可以与电动机运行状态保持一致，设备运行时补偿装置投入，设备停止则补偿装置退出，能够更好的适用配电网无功峰荷。

3.1.4 跟踪补偿。将低压电容器组安装在配电变压器低压侧，将无功补偿投切装置作为控制保护装置，来对变压器设备进行无功补偿的一种方式。此种方式主要应用于100kVA以及以上专用配电变压器，能够完成对系统中无功负荷变化的有效跟踪，实际应用中具有良好的效果。

3.2 电网谐波治理

3.2.1 受端治理。受端治理即将受谐波影响的系统与设备作为对象，采取措施来提高其抗干扰能力。第一，确定合理供电方式。电网规划阶段需要与谐波源运行特点进行结合分析，确保所选供电方式合理，具有较大的容量，可以降低谐波对电网以及其他设备的影响。第二，避免谐波放大。将电力电容器安装在电网中，来提高无功补偿效率，为避免出现谐波放大现象，需要改变电容器串联电抗器来限定电容器组投入容量，或者选择用滤波器来替代部分电容器组，采取降低电容器对谐波的放大作用，达到提高电容器组运行安全性的目的[5]。第三，抗干扰能力。结合电网运行特点，对系统内电力设备进行适当的改进优化，提高其抗谐波干扰能力。同时改造对谐波敏感度高设备的保护装置，来提高设备的谐波保护性能，这样即便是在谐波超标的情况下，设备也不会受到过大的损坏。

3.2.2 主动治理。以谐波源为治理对象，降低其产生的谐波数。第一，重新设置运行方式。即根据电气设备运行特点，所选设备要保证其相互之间具有谐波互补性，对于不存在此特点的装置，应分散或者交替使用，严禁使用谐波源多设备。第二，多重化技术。可以与多流器配合使用，对变流器产生的方波进行叠加处理，将频率较低的谐波消除。第三，高功率因数变流器。可以选择用四象限变流器或者矩阵式变频器等，其所产生的谐波较少，并且功率因数接近于1。

4 结束语

对配电网进行无功补偿与谐波处理研究，对提高电网运行稳定性、安全性以及经济性均具有良好的效果。应结合无功功率原理以及谐波产生原因，有针对性的采取措施进行处理，最大程度上来降低谐波的产生，降低其对电网以及设备产生的影响。

参考文献

[1]田传明.配电网无功补偿和谐波治理研究[D].华北电力大学，2014.

[2]李建超.配电网谐波调查及谐波网损计算[D].山东大学，2008.

[3]景雷.配电站无功补偿、谐波治理和节能措施的研究[D].上海交通大学，2009.

[4]潘发君.配电网无功与谐波综合补偿原理及方法的研究[D].湖南大学，2007.

[5]王刚.35kV变电站大容量谐波治理和无功补偿技术及装备[D].湖南大学，2012.