电力电子装置的谐波分析与无功补偿

伊辉杰

（国家新闻出版广电总局2021台）

电力电子装置的谐波分析与无功补偿

伊辉杰

（国家新闻出版广电总局2021台）

本文以电力电子装置为切入点，分析谐波对电力电子装置使用及电力系统供电质量与效率的影响，分析无功补偿装置特点及静止无功补偿发展趋势，促进电力电子装置进一步发展，更好的应用在供电系统中。

电力电子装置；谐波；功率因数；供电；无功补偿

引言

电力电子装置时电力系统供电的重要设备，由于各种因素的影响使得电力电子装置在运行过程中产生谐波，影响着电力系统供电质量与效率，还降低电力企业的经济效益，不利于电力企业实现可持续发展。与此同时，电力电子装置功率因数较低，在实际的应用过程中，要切实做好无功补偿工作。

1 电力电子装置谐波产生及其影响分析

1.1 电力电子装置谐波的产生

随着我国综合国力的不断提升，经济水平逐渐提高，电力行业也实现了飞速发展，电力电子装置在工业生产领域中的应用越来越广泛，发挥的作用越来越大，发展至今，已经成为了实现自动化生产的必要设备。在理想状态下，电力企业向各用电设备提供具有正弦波形的电压，但实际情况中，由于各种各样的因素影响，使得供电电压偏离正弦波形，即我们所说的谐波。谐波的产生是具有非线性阻抗特性的电气设备供电的结果，而非线性阻抗特性的电气设备作为电力企业供电应用的电力电子装置，不可避免的向配电网中注入谐波，并且这种电力电子装置功率因数较低，故而在供电过程中可会将无功功率一并注入电网。

1.2 谐波及功率因数对供电影响

电力电子装置所产生的谐波会对电力系统的供电造成了较为严重的影响。晶闸管相控整流装置最为突出。①谐波可以导致电力系统电压及电流发生畸变，一旦电压及电流发生畸变，那么势必会影响供电稳定性，大大降低供电质量，一方面无法确保用户的正常用电，另一方面还对电力电子装置本身产生较大的损害作用，较少装置的使用寿命，降低装置的使用性能；②谐波的负序特性容易使自动控制装置和继电保护等敏感元件误操作，一旦自动控制装置与继电保护装置发生错误操作，那么就意味着电力系统无法正常供电，电力电子装置无法发挥正常的使用；③高次谐波电流流入电网中，会使负载和线路的电流增大，从而占用电源容量，电网中的用电设备产生附加的功率损耗，功率因数大幅下降，电源工作效率也因而下降，既不能满足用户的用电需求，更徒增了损耗，大大增加了电力企业的运行成本，降低电力企业的经济效益，不利于企业可持续发展的实现。除此之外，电力电子装置运行产生无功功率注入电网，通常要采取无功补偿措施加以弥补，并联在电源上用于无功补偿的电容器会发热，即热损耗增加。由于电容器的高频阻抗低，很容易通过大量的谐波电流们造成高次谐波电流放大，严重的谐波过载会损耗电容器等，如果不采取有效措施加以解决，势必会造成很多问题，轻则影响电力系统的正常供电，重则威胁着供电安全，造成谐波污染，不能满足用电需求的同时，也为工业生产造成较大的困扰与损失，后果不堪设想。

2 整流电路交流侧谐波与功率因数分析

现阶段，常用的整流电路几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，换句话说不可避免的产生谐波与无功功率，功率因数非常滞后。直流侧采用电容滤波的二极管整流电路也是严惩的谐波污染源。这种电路输入电流的基波分量相位与电源电压相位大体相同，因而基波功率因数接近1。但其输入电流的谐波分量却很大，给电网造成严重污染，也使得总的功率因数很低。

3 静止无功补偿的发展

前文已述，电力电子装置应用过程中会向电网注入无功功率，供电效率较低，为了切实提高电力系统的供电效率，提高功率因数，降低设备容量，减小功率损耗，确保供电稳定性，提高供电质量，减小无功功率冲击，必要在长距离输电线合适的地方设置动态无功补偿装置，纵观我国无功补偿装置的发展历史，大有探究之处。以下是对静止无功补偿的发展的具体探讨：

3.1 早期无功补偿装置

（1）同步调相机

同步调相机实质上是只发无功功率的同步电动机，它在过励运行时向系统供给无功功率，欠励运行时从系统吸收无功功率。因此改变同步调相机的励磁，可以平滑地调节所在地区的电压。

（2）并联电容器

电容器所供出的无功功率与其端电压的二次方成正比，即式中-电容器的容抗。

3.2 静止性无功补偿装置SVC

SVC可快速改变发出的无功，具有较强的无功调节能力，可为电力系统提供无功电源、调节系统电压，当系统电压较低、重负荷时能输出容性无功；当系统电压较高、轻负荷时能输出感性无功，将供电电压提高到一个合适的水平。SVC通过动态调节无功功率，抑制波动冲击负荷运行时引起的母线电压的变化，有利于暂态电压变化，提高系统电压稳定水平。

SVC可以达到下述的目的：

（1）维持电力系统的暂态、静态稳定；

（2）抑制电力系统的功率振荡，尽量使其维持在一个稳定的状态；

（3）使谐振过电压、工频过电压等暂时过电压数值得以减少；

（4）减少线损，提高输电线路的输电能力；

（5）矫正非对称控制，优化电网的能量流动。

现阶段的SVC装置已经发展到较高的水平，从最初的控制供电电压发展到供电系统的补偿与控制以及电力中端用户电压控制，呈现多元化、全面化的发展趋势，应用在无功补偿中，获得良好的应用效果。随着经济的不断发展，SVC装置的应用领域会越来越广泛，可涉猎电网建设、风电建设、电气化铁路、冶金、煤矿、化工等领域，为电力电子装置的使用及供电系统的正常运行提供基本的安全保障，对于工业生产行业来讲，有着十分重要的意义。

4 结束语

综上浅述，电力电子装置广泛应用于电力供电中，有着非常重要的作用，但其在运行中产生谐波，影响供电系统的供电质量，这类装置本身功率因数较低，增加功率损耗，降低供电效率，需要切实应用无功补偿装置改善这些状况。本文着重分析电力电子装置的谐波，探讨静止无功补偿的发展情况。为电力电子装置的应用发展贡献一份力量。

[1]石新春，杨京燕，王毅.电力电子技术[M].北京：中国电力出版社，2015.

[2]李庚银.电力系统分析基础[M].北京：机械工业出版社，2011.

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1004-7344（2016）11-0248-01

2016-3-28