無功補(bǔ)償與諧波治理的意義

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1、無功補(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，諧波和無功問題引起人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。同時(shí)，也由于電力電子技術(shù)的飛速進(jìn)步，在諧波治理和無功補(bǔ)償方面也取得了一些突破性的進(jìn)展。一、無功補(bǔ)償與諧波治理的意義無功補(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，而無功補(bǔ)償裝置在補(bǔ)償負(fù)荷或系統(tǒng)無功功率的同時(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)組成的靜止無功補(bǔ)償器（SVC）直接作為

2、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)用十分滿意。由此可見無功補(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)量是指通過公用電網(wǎng)供給用戶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。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，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

3、的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包括：GB12325-1990《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，也可由電能用戶傳遞到公用電網(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、數(shù)量和用電量正在迅猛

4、增加，自上世紀(jì)90年代中后期，我國(guó)電網(wǎng)開始遭遇并迅速面臨同發(fā)達(dá)國(guó)家的諧波污染問題，諧波問題由此成為電能質(zhì)量中最為引人關(guān)注問題。目前研究和解決電能質(zhì)量問題已成為電力發(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

5、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)量控制器的研制還與國(guó)外有一定的差距，還需進(jìn)一步加強(qiáng)投入。（2）無功補(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功功率，有功功率通過各種設(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，因此稱為無功功率。電力系統(tǒng)本身對(duì)無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%，則無功總需求約為120%~140%，它包括負(fù)荷的無功功率和線路、變壓器的無功損耗，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)出無功功率是不能平衡電力

6、系統(tǒng)無功需求的。大量的無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，造成線路電壓降落并影響用戶供電質(zhì)量，直接從發(fā)電機(jī)索要無功將使發(fā)電機(jī)的有功出力減少，因此長(zhǎng)距離輸送無功功率也是電力系統(tǒng)不允許的。用戶無功缺乏將導(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)荷中心需要加裝無功功率電源，進(jìn)行無功功率補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的無功功率平衡。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

7、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，諧波問題已成為電能質(zhì)量中最為引人關(guān)注的問題，諧波會(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：——引起各類電機(jī)和變壓器的局部過熱、過電壓、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