摘要:電力系統中的電壓與電流波形發生畸變，不僅降低了電能質量，而且影響到電力系統的正常運行，因此針對電力系統的諧波治理與無功補償技術研究，不僅可以提升供電設備運行的穩定性與工作效率，而且可以在保證供電質量的前提下降低供電成本，有著重要的現實意義。本文就針對電力系統的無功補償技術與諧波抑制措施進行分析。

一、無功補償的原理分析

提高系統功率因數的途徑一般有:提高系統自然功率因數;安裝無功補償裝置。無功補償的原理簡單來說，就是提供負載所需要的無功功率，將電容器和電感并聯在同一電路中，電感吸收能量時，電容器釋放能量，而電感放出能量時，電容器在吸收能量，能量就在它們之間交換，即阻感性負載需要的無功功率可由電容器提供，反之，阻容性負載需要的無功功率可由電抗器提供因此，按照負載的性質安裝不同的設備可以提供負載所需要的無功功率而不再需要從電源獲得，減輕了電力系統的壓力。

1.諧波的產生與危害

1.1諧波的產生

具體而言，諧波是由諧波電流源產生的。在正弦電壓施加于非線性負荷條件下，電流就會變換為非正弦波，而負荷連接電網，相應的電網中就會注入非正弦電流，在電網阻抗上產生壓降，最終形成非正弦波，受其影響，電壓與電流的波形均會產生畸變。非線性負載在消耗無功功率的同時會產生大量的諧波電流，例如熒光燈的電流畸變率達到20%，功率因數在0.85左右。

1.2諧波的危害

(1)諧波使公用電網中的元件產生了附加的諧波損耗，降低了發電、輸電及用電設備的效率，大量的3次諧波流過中線時會使線路過熱甚至發生火災。

(2)諧波影響各種電器設備的正常工作。諧波對電機的影響除了引起附加損耗外，還會產生機械振動、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴重過熱。諧波使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致損壞。

(3)諧波會引起電網中局部的并聯和串聯諧振，從而使諧波放大，使上面的危害大大增加，甚至引起嚴重事故。

(4)諧波會引起繼電保護和自動裝置的誤動作，并會使電氣測量儀表計量不準確。

(5)諧波會對鄰近的通信系統產生干擾，輕者產生噪聲，降低通信質量;重者會導致信息丟失，使通信系統無法正常工作。因此，不論是從經濟上還是從設備的安全運行上，無功補償和諧波治理都是必要的。

2.電力系統中諧波的抑制措施

電力系統中抑制諧波的主要措施包括以下幾種:

2.1增加換流裝置系數

電力系統中最主要的諧波源來自于換流設備，根據相關理論分析可知，如果換流設備脈動數有所增加，則換流設備在直流側與交流側所產生的特征諧波次數或以將較大幅值的低頻項有效清除，從而大幅降低諧波電流的有效值。

2.2濾波法

要解決配電系統的諧波和無功補償問題必須綜合考慮濾波和補償這兩方面的因素，能滿足要求的實現方法有很多，經過學習比較，這里主要研究兩種常見的濾波裝置。一種是無源濾波器;一種是有源濾波器。

2.2.1無源濾波器

無源電力濾波器是傳統的補償無功和抑制諧波的主要手段，是一種用并聯濾波器濾除諧波的典型電路結構，通常是根據所要實現的功能由電力電容器，電抗器和電阻組合而成。一個簡單的串聯LC電路與諧波源并聯，應用其諧振原理，使某一次諧波在這個支路發生諧振，呈現低阻狀態，使該次諧波電流不再流入電網，達到抑制諧波的目的。如果要濾除若干次諧波，就用若干個單調諧LC濾波器并聯接到電網。無源電力濾波器還可以設計成雙諧振的，同時濾除兩種頻率的諧波，還可以設計成高通濾波器，以濾除某一次上的諧波。

無源濾波器的優點:因其結構簡單，電壓和容量可以做的很大，在吸收諧波的基礎上還可以補償無功，改善功率因素;維護方便;造價低，運行費用也低;對某一次高次諧波的吸收效果明顯;設計制造經驗成熟，因此成為傳統的補償無功和抑制諧波的主要手段。

無源濾波器雖然存在上述諸多優點，但它也有不足之處。無源濾的濾波原理是在系統中為諧波提供一并聯低阻通路，因此由于結構原理上的原因，在應用中存在著一些難以克服的缺點:

(1)只能抑制按設計要求規定的諧波成分，抑制較低次諧波的單調諧濾波器

(2)只對調諧點的濾波效果明顯，而對偏離調諧點的諧波無明顯效法解實際工程設計時考慮到設計投資，不可能依靠增加濾波器的辦法解決。

(3)濾波特性受系統參數影響較大，濾波效果隨系統運行情況而變化，當系統阻抗和頻率波動時，濾波效果變差。特別是對電網變化規律很難精確預知，因此一個實際的濾波器要達到理想的濾波效。當系統阻抗和頻率變化時，可能與系統發生串聯或者并聯諧振，從而會產生諧波放大現象，使裝置無法運行，甚至使整個濾波系統無法正常運行。

(4)當系統中諧波電流增大時，無源濾波器可能過載，甚至損壞設備。

(5)裝置體積大，損耗大。

(6)濾波要求和無功補償、調壓要求有時難以協調。

基于上述無源濾波器設計和運行中存在的問題，國內外的設計研究人員研究出若干解決辦法，通過采取優化設計，在一定程度上提高了無源濾波器的使用效果。但無源濾波器由于原理上帶來的缺點是無法徹底克服的，因此，有必采用其濾波方式。

2.2.2有源電力濾波器

要采用其它濾波方式來抑制諧波。有源電力濾波器是一種能夠彌補無源濾波器不足的一種新型諧波抑制設備，是一種用于動態抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能對大小變化的諧波以及變化的無功進行補償。它的基本原理是從補償對象中檢測出諧波電流，由補償裝置產生一個與該諧波電流大小相等而極性相反的補償電流，從而使電網電流只含基波分量。其應用可克服LC無源濾波器等傳統諧波抑制和無功補償方法的缺點，與傳統無源濾波器相比，具有突出的優點，概括起來主要有:實現了動態補償，可對頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進行補償，對補償對象的變化有極快的響應。

(2)可同時對諧波和無功功率進行補償，補償無功功率時不需要儲能元件，補償諧波時所需要儲能元件容量也不大，且補償無功功率的大小可做到連續調節。

(3)即使補償電流過大，有源電力濾波器也不會發生過載，并能正常發揮補償用。

(4)受電網阻抗的影響不大，不容易和電網阻抗發生諧振。能跟蹤電網頻率的變化，故補償性能不受電網頻率變化的影響。

(6)既可對一個諧波和無功源單獨補償，也可對多個諧波和無功源集中補償。

基于有源濾波器的上述優點，采用有源電力濾波器是對諧波進行抑制的一個發展趨勢，因而受到廣泛的重視，對于保證電力系統運行的安全性、可靠性和經濟性具有重要意義，具有廣闊的應用前景。

參考文獻:

[1]徐繼敏.電網的無功補償與諧波治理[J].電氣應用2008(13)

[2]羅安.電網諧波治理和無功補償技術及裝備[M].北京:中國電力出版社2006

作者簡介:

鐘京紅(1972-)，女，中共黨員，工程師，本科，學士學位，畢業于河南理工大學電氣工程及其自動化專業,現于河南省平煤股份十二礦職教中心任機電專業專職教師。2014年5月獲得全國注冊安全工程師資格證書并已申請注冊。研究方向:職工教育教學管理工作，機電技術領域;曾發表學術論文多篇。