无功补偿技术论文范文
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篇1
无功功率补偿装置的主要作用是:提高负载和系统的功率因数,减少设备的功率损耗,稳定电压,提高供电质量。在长距离输电中,提高系统输电稳定性和输电能力,平衡三相负载的有功和无功功率等。
一、无功功率补偿的作用
1、改善功率因数及相应地减少电费
根据国家水电部,物价局颁布的“功率因数调整电费办法”规定三种功率因数标准值,相应减少电费:
(1)高压供电的用电单位,功率因数为0.9以上。
(2)低压供电的用电单位,功率因数为0.85以上。
(3)低压供电的农业用户,功率因数为0.8以上。
2、降低系统的能耗
功率因数的提高,能减少线路损耗及变压器的铜耗。
设R为线路电阻,ΔP1为原线路损耗,ΔP2为功率因数提高后线路损耗,则线损减少
ΔP=ΔP1-ΔP2=3R(I12-I22)(1)
比原来损失减少的百分数为
(ΔP/ΔP1)×100%=1-(I2/I1)2.100%(2)
式中,I1=P/(3U1cosφ1),I2=P/(3U2cosφ2)补偿后,由于功率因数提高,U2>U1,为分析方便,可认为U2≈U1,则
θ=[1-(cosφ1/cosφ2)2].100%(3)
当功率因数从0.8提高至0.9时,通过上式计算,可求得有功损耗降低21%左右。在输送功率P=3UIcosφ不变情况下,cosφ提高,I相对降低,设I1为补偿前变压器的电流,I2为补偿后变压器的电流,铜耗分别为ΔP1,ΔP2;铜耗与电流的平方成正比,即
ΔP1/ΔP2=I22/I12
由于P1=P2,认为U2≈U1时,即
I2/I1=cosφ1/cosφ2
可知,功率因数从0.8提高至0.9时,铜耗相当于原来的80%。
3、减少了线路的压降
由于线路传送电流小了,系统的线路电压损失相应减小,有利于系统电压的稳定(轻载时要防止超前电流使电压上升过高),有利于大电机起动。
二、我国电力系统无功补偿的现状
近年来,随着国民经济的跨越式发展,电力行业也得到快速发展,特别是电网建设,负荷的快速增长对无功的需求也大幅上升,也使电网中无功功率不平衡,导致无功功率大量的存在。目前,我国电力系统无功功率补偿主要采用以下几种方式:
1.同步调相机:同步调相机属于早期无功补偿装置的典型代表,它虽能进行动态补偿,但响应慢,运行维护复杂,多为高压侧集中补偿,目前很少使用。
2.并补装置:并联电容器是无功补偿领域中应用最广泛的无功补偿装置,但电容补偿只能补偿固定的无功,尽管采用电容分组投切相比固定电容器补偿方式能更有效适应负载无功的动态变化,但是电容器补偿方式仍然属于一种有级的无功调节,不能实现无功的平滑无级的调节。
3.并联电抗器:目前所用电抗器的容量是固定的,除吸收系统容性负荷外,用以抑制过电压。
以上几种补偿方式在运行中取得一定的效果,但在实际的无功补偿工作中也存在一些问题:
1.补偿方式问题:目前很多电力部门对无功补偿的出发点就地补偿,不向系统倒送无功,即只注意补偿功率因素,不是立足于降低系统网的损耗。
2.谐波问题:电容器具有一定的抗谐波能力,但谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响,甚至造成电容器的过早损坏;并且由于电容器对谐波有放大作用,因而使系统的谐波干扰更严重。
3.无功倒送问题:无功倒送在电力系统中是不允许的,特别是在负荷低谷时,无功倒送造成电压偏高。
4.电压调节方式的补偿设备带来的问题:有些无功补偿设备是依据电压来确定无功投切量的,线路电压的波动主要由无功量变化引起的,但线路的电压水平是由系统情况决定的,这就可能出现无功过补或欠补。
三、无功功率补偿技术的发展趋势
根据上述我国无功功率补偿的情况及出现的问题,今后我国的无功功率补偿的发展方向是:无功功率动态自动无级调节,谐波抑制。
1.基于智能控制策略的晶闸管投切电容器(TSC)补偿装置
将微处理器用于TSC,可以完成复杂的检测和控制任务,从而使动态补偿无功功率成为可能。基于智能控制策略的TSC补偿装置的核心部件是控制器,由它完成无功功率(功率因数)的测量及分析,进而控制无触点开关的投切,同时还可完成过压、欠压、功率因数等参数的存贮和显示。TSC补偿装置操作无涌流,跟踪响应快,并具有各种保护功能,值得大力推广。
2.静止无功发生器(SVG)
静止无功发生器(SVG)又称静止同步补偿器(STATCOM),是采用GTO构成的自换相变流器,通过电压电源逆变技术提供超前和滞后的无功,进行无功补偿,若控制方法得当,SVG在补偿无功功率的同时还可以对谐波电流进行补偿。其调节速度更快且不需要大容量的电容、电感等储能元件,谐波含量小,同容量占地面积小,在系统欠压条件下无功调节能力强,是新一代无功补偿装置的代表,有很大的发展前途。
3.电力有源滤波器
电力有源滤波器是运用瞬时滤波形成技术,对包含谐波和无功分量的非正弦波进行“矫正”。因此,电力有源滤波器有很快的响应速度,对变化的谐波和无功功率都能实施动态补偿,并且其补偿特性受电网阻抗参数影响较小。
电力有源滤波器的交流电路分为电压型和电流型。目前实用的装置90%以上为电压型。从与补偿对象的连接方式来看,电力有源滤波器可分为并联型和串联型。并联型中有单独使用、LC滤波器混合使用及注入电路方式,目前并联型占实用装置的大多数。
4.综合潮流控制器
篇2
关键词：电力电子，逆变，整流，谐波
0.引言
随着我国经济的发展，用电设备的类型越来越多。在三相供电系统中，除了大量的对称负荷外，还新增了许多不对称负荷和单相负荷。由于单相负载的大量应用，且各负荷的用电不同时等原因，导致三相四线制配电系统出现了严重的三相不平衡的运行状态，给系统的安全稳定运行和用户设备的正常可靠使用造成了严重的危害。
本文中从人工和技术两方面提出了目前三相不平衡的解决方法，重点解析了新技术方面的内容，突出了各种方法的优缺点，并提出采用大容量电力电子技术的基本方法。
1.国内外三相平衡系统研究现状
1.1人工方面：
(1) 完善基础资料：每年组织专人在春季绘制一次配电变压器网络图和负荷分配图, 把每个台区供出的各相上的用电户名、户数、电能表的型号等有关数据绘制成方便易查看的表格, 平时经常检查有无遗漏或新增用户,结合负荷变化情况及时更新。
(2) 加强测试：给专人配备钳形表,每月至少进行一次负荷测试,对配电变压器负荷状况做到心中有数,为调整配电变压器负荷提供准确可靠的数据。利用检修停电时间调整负荷。
(3) 加强用电管理：对临时用电，季节性用电，管理人员必须熟悉情况，如安装地点、用电量的变化情况等, 根据情况及时做好负荷调整工作。新增单相设备申请用电, 做好负荷的功率分配, 进行合理搭接, 尽可能均匀分配到三相电路上。注意大的三相四线制用户内部三相负荷平衡问题, 协助他们调整本单位三相负荷。
(4) 调整三相负荷做到“ 四平衡”：四平衡既计量点平衡、各支路平衡、主干线平衡和变压器低压出口侧平衡, 重点是计量点和各支路平衡, 可把用户平均用电量作为调整依据, 把用电量大致相同的作为一类, 分别均匀调整到三相上。由于三相同时引人负荷点比单相引入负荷点时损耗显著减少, 为了取得三相负载的对称, 应将三相线路同时引入负荷点, 尽量扩大三相四线制的配电区域, 减少单相供电干线长度, 接户线应尽量由同一电杆上分别从三相引下, 且三组单相接户线的负载应尽量平衡。
1.2新兴技术方面：
（1）三相自动平衡器
用于380 V 配电网中的平衡器的工作原理如下图所示，电流采样器采集配电网三相电流，通过模/数转换器将模拟信号转换为数字信号，经接口电路送至单片机进行比较，发出指令，输出放大后启动开关控制电路，将大电流相中一部分负载切换到小电流相，以降低（Pmax-Pmin），使三相电流不平衡度满足要求，实现三相相对平衡。当三相负载的变化未超过允许值时，平衡器不予调整，维持现状，以避免频繁切换。
图1 三相自动平衡器的工作原理框图
（2）早期无功补偿装置
早期的无功补偿装置主要是无源装置，方法是在系统母线上并联或者在线路中串联一定容量的电容器或者电抗器，它主要包括同步调相机和静电电容器。
同步调相机又称同步补偿器，是早期无功补偿装置的典型代表。它不仅能补偿固定的无功功率，对变化的无功功率也能进行动态补偿。当系统电压下降时，它通过控制励磁发出和吸收无功功率，并通过电压调节器自动调节无功功率的大小以维持端电压恒定。它的损耗和噪声都较大，运行维护复杂，响应速度慢。
静电电容器可以改善线路参数，减少线路的感性无功功率，补偿系统的无功功率。由于它供给的无功功率与节点电压的平方成正比，当节点电压下降时，它供给的无功功率反而会减少，所以静电电容器的无功功率调节性能较差。论文参考。但由于其维护较方便!装设容量可大可小，既可集中使用又可分散装设，所以目前仍是中国采用的主要补偿装置。
同时，无源装置使用机械开关，它不具备快速性、反复性和连续性的特点，因而不能实现短时纠正电压升高或降落的功能。
（3）静止无功补偿装置SVC
静止无功补偿器(StaticVar Compensator)，是将电容器（及电抗器支路）与输电线路并接，通常接于开关站或变电所母线，通过晶闸管控制的无功功率动态补偿，调节母线电压和线路无功功率在所需水平上，从而提高电力系统稳定性，扩大线路输送容量。
SVC技术又分为：自饱和电抗器型（SSR）、晶闸管相控电抗器型（TCR）、晶闸管投切电容器型（TSC）、高阻抗变压器型（TCT）和励磁控制的电抗器型（AR）等几种不同类型。世界各国普遍采用TCR和/或TSC型SVC作为电网的动态无功支撑点，以提高输电能力或加强电网的安全稳定运行。
SVC特点：
1、应用较为成熟，目前应用较多。
2、自身产生较大谐波，需无源滤波器配合。
3、TCR只提供感性无功，容性无功需FC或TSC电容器组提供，占地面积大。
4、响应速度慢（2~3个周期）。论文参考。
5、对快速的冲击负荷补偿效果较差。
(4) 静止无功发生器(SVG)
SVC装置为补偿 0～100 %容量变化的无功功率，几乎需要 100 %容量的电容器与超过 100 %容量的晶闸管控制电抗器，铜和铁的消耗很大。论文参考。从技术发展来说，这种类型的静补偿装置已不能说是先进的。近年来的发展趋势是采用可关断晶闸管（GTO）构成的自换向变流器，通常称为静止无功发生器（SVG），它既可提供滞后的无功功率，又可提供超前的无功功率。
SVG是采用 GTO 构成的自换相变流器，它把逆变器电路看成是一个产生基波和谐波电压的交流电压源，控制补偿器基波电压大小与相位可改变基波无功电流的大小与相位。当逆变器基波电压比交流电源电压高时，逆变器就会产生一个超前（容性）无功电流。反之，当逆变器基波电压比交流电源电压低时，则会产生一个滞后（感性）无功电流。因此它能与系统进行无功功率的交换 ,故称其为“无功发生器”。
与 SVC 相比，其调节速度更快且不需要大容量的电容、电感等储能元件，谐波含量小，同容量占地面积小，在系统欠压条件下无功调节能力强。
(5)Smartpower节电器
SmartPower系统节电器利用“平衡控制变压系统”绕组的相互交叉连接，可以消除各相位间的电压和电流的不均衡，维持控制其平衡性。
这种特殊绕组，可以相互补偿铁心的磁通量，最大限度地控制各相感应电动势的一致性，从而保持三相平衡，降低零线电流等额外损耗，它是最新一代可以改善电力消费状况高新技术产品。
2.研究趋势和前景展望
随着电力电子器件容量的不断增大以及价格的逐步下降，使用基于电力电子器件的技术来替代原来的机械开关方式的解决方法也将是今后的发展趋势。三相系统中基波不平衡度在增大的同时，由于各次谐波所导致的不平衡问题将成为将来所遇到的主要问题，因而需要有一种方案来同时解决基波无功和有功不平衡，以及消除由谐波造成的不平衡。本文提出的设计方案具备了解决上述问题所需要的全部功能，因而是未来最有发展前景的解决方案之一。
拟采用的装置功能原理图下图所示。
图2 本装置的结构原理框图
装置工作原理如下：原始的不平衡负载可能引起较大的中线电流，如图中ILN所示。若不进行补偿，则此电流将流入系统中线。在系统与负载中间增加一个三相不平衡补偿装置，该装置从系统吸收三相对称的基波电流，通过整流桥变换为直流，再通过具有中线的逆变桥变换为所需要的电流。以中线电流为例，对装置来说若以流入装置为电流的参考方向，则如能使得装置中线吸收的电流与负载侧中线电流一样，即ILN=IFN，则对系统中线而言，ISN=ILN-IFN=0。从而解决了系统侧中线电流过大的问题。同时装置的ABC三桥臂还可根据参考电流产生所需要的电流，对负载的不平衡三相电流进行补偿，目标是使得系统侧ABC三相的电流为三相基波对称分量。从而解决三相不对称问题。
3.结论
采用不同的方法各具有其优劣性，本文提出的采用大容量电力电子技术，装置适应能力强，响应速度快，控制精度高，装置无任何耗能元件，节能效率更高。采用三相四线制结构，能同时补偿不平衡电流，同时还可滤除谐波并提供无功功率的支持。因此是未来最有发展前景的解决方案之一。
参考文献：
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[4]张红，谭万禹.STATCOM与SVC在电力运行系统中的比较分析[J].吉林电力，2009
[5]罗昭波，配电变压器三相平衡与无功自动补偿[J].降损节能，2007.
篇3
关键词：功率因数；影响因素；补偿方法；容量确定
许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的"无功"并不是"无用"的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能
1.影响功率因数的主要因素
1.1电感性设备和电力变压器是耗用无功功率的主要设备
大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。根据前段时间数据统计分析，我矿所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60%～70%；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60%～70%。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。电力变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10%～15%，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因此，为了改善电力系统和矿山的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。
1.2供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大影响
当供电电压高于额定值的10%时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，根据有关资料统计，当供电电压为额定值的110%时，一般无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。
1.3电网频率的波动也会对异步电动机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响
1.4无功补偿原理
当电网电压的波形为正弦波，且电压与电流同相位时，电阻性电气设备如白炽灯、电热器等从电网上获得的功率P等于电压U和电流I的乘积，即：P=U×I。
电感性电气设备如电动机和变压器等由于在运行时需要建立磁场，此时所消耗的能量不能转化为有功功率，故被称为无功功率Q。此时电流滞后电压一个角度f。在选择变配电设备时所根据的是视在功率S，即有功功率和无功功率的几何和：
2.采用适当措施，设法提高系统自然功率因数
提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资，仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率，这是一种最经济的提高功率因数的方法。下面将对提高自然功率因数的措施做一些简要的介绍。
2.1合理选用电动机
合理选择电动机，使其尽可能在高负荷率状态下运行。在选择电动机时，既要注意它们的机械特性，又要考虑它们的电气指标。举例说，三相异步电动机（100KW）在空载时功率因数仅为0.11，1/2负载时约为0.72，而满负载时可达0.86。所以核算负荷小于40%的感应电动机，应换以较小容量的电动机，并合理安排和调整工艺流程，改善运行方式，限制空载运转。故从节约电能和提高功率因数的观点出发，必须正确合理的选择电动机的；
2.2提高异步电动机的检修质量
实验表明，异步电动机定子绕组匝数变动和电动机定、转子间的气隙变动是对异步电动机无功功率的大小有很大影响。因此检修时要特别注意不使电动机的气隙增大，以免使功率因数降低。
2.3采用同步电动机或异步电动机同步运行补偿
由电机原理可知，同步电动机消耗的有功功率取决于电动机上所带机械负荷的大小，而无功取决于转子中的励磁电流大小，在欠激状态时，定子绕组向电网“吸取”无功，在过激状态时，定子绕组向电网“送出”无功。因此，只要调节电机的励磁电流，使其处于过激状态，就可以使同步电机向电网“送出”无功功率，减少电网输送给我矿的无功功率，从而提高了我矿的功率因数。异步电动机同步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流，使其呈同步电动机运行状态，这就是“异步电动机同步化”。因而只要调节电机的直流励磁电流，使其呈过激状态，即可以向电网输出无功，从而达到提高低压网功率因数的目的。
2.4正确选择变压器容量提高运行效益
对于负载率比较低的变压器，一般采取“撤、换、并、停”等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善本企业电网的自然功率因数。如：对平均负荷小于30%的变压器宜从电网上断开，通过联络线提高负荷率。
通过以上一些提高加权平均功率因数和自然功率因数的叙述，或许我们已经对“功率因数”这个简单的电力术语有了更深的了解和认识。知道了功率因数的提高对电力企业的深远影响，下面我们将简单介绍对用电设备进行人工补偿的方式和对补偿容量的确定方法。
3.设计总结
以上是我浅谈功率因数对我矿供电A电网的影响以及提高功率因数所带来的经济效益和企业效益，介绍了影响功率因数的主要因素以及提高功率因数的一般方法，还阐述了如何确定无功功率的补偿容量及无功功率的三种人工补偿的具体方式，集中探讨了无功补偿技术对我矿的高、低压配电网的影响以及提高功率因数所带来的经济效益和企业效益，介绍了影响功率因数的主要因素和提高功率因数的方法，确保补偿技术经济、合理、安全可靠，达到节约电能的目的，为保证降低电网中的无功功率，提高功率因数，保证有功功率的充分利用，提高系统的供电效率和电压质量，减少线路损耗，降低配电线路的成本，节约电能，通常在高、低压供配电系统中装设电容器无功补偿装置。
4.设计心得体会
通过这次毕业设计论文让我重新对影响大红山供电的因数有了全新的认识，这也是我第一次独立从找资料到写论文，经历了不少艰辛，但收获同样巨大。通过这次设计培养了我独立工作与学习合理安排相互调节的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的工作生活有巨大而重要的影响。
参考文献：
[1]主编：孟祥忠.《现代供电技术》.清华大学出版社，2006年第一版，1-303页。
[2]王兆安，杨君，刘进军，王跃.《谐波控制和无功功率补偿》，机械工业出版社，2006年第二版，1-444页。
篇4
论文关键词：配电系统；动态无功补偿装置
一、配电系统中的动态无功补偿装置
无功功率补偿，简称无功补偿，在电力供电系统中起到提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网供电质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统的电压波动，谐波增大等诸多不利于电网安全运行的因素。无功补偿分动态和静态两种方式。静态无功补偿是根据负载情况安装固定容量的补偿电容或补偿电感，动态补偿是根据负载的感性或容性变化随时的切换补偿电容容量或电感量进行补偿。一般的补偿是有级的，也就是常用的补偿装置如电容，是按组来进行投切的，也就是用电系统里产生的无功不会是你补偿的一样多，但是由于这种补偿已经将功率因数达到了例如0.95，已经很好了。但是有的负载，其工作时无功的变化量非常大，且速度非常快，可以达到毫秒级，如电焊机，一个工作周期才0.2秒左右，其间还有几十秒的半负荷及几十秒的停顿，而无功在工作时也是不规则的快速改变着。象这样的负载采用常用的无功补偿装置是无法实现的，只能用“动态”补偿。
所谓“动态”即快速性、实时性，一是补偿速度一定要快；二是用电负载需要多少无功，补偿装置就补偿多少无功。这是动态补偿的两个基本特征。但不是非得两个都具备才是动态补偿，有的负载虽然无功变化快，但是无功量的改变是固定的，此时用速度快的无功补偿也可以办到，也就是说这个动态补偿强调的单单是迅速。
动态无功补偿装置由高压开关柜(包括高压熔断器、隔离开关、电流互感器、继电保护、测量和指示部分等)、并联电容器、串联电抗器、放电线圈(或者电压互感器)、氧化锌避雷器、支柱绝缘子、框架等构成。动态无功补偿装置根据改善和提高功率因数，降低线路损耗，充分发挥发电、供电设备的效率功能强大，液晶字段显示，性能可靠稳定，抗干扰能力极强。靠无功控制器根据线路力率情况自动投、切补偿量，以确保功率因数基本恒定于某一设定值附近；后者表示手动投入固定值补偿量，不随线路力率情况改变补偿量，此类方式除非补偿量刚好合当，功率因数才会达标。
无功功率补偿控制器有三种采样方式，功率因数型、无功功率型、无功电流型。功率因数型这种控制方式也是很传统的方式，采样、控制也都较容易实现。无功功率（无功电流）型的控制器较完善的解决了功率因数型的缺陷，有很强的适应能力，能兼顾线路的稳定性及检测及补偿效果。用于动态补偿的控制器要求就更高了，一般是与触发脉冲形成电路一并考虑的，要求控制器抗干扰能力强，运算速度快，更重要的是有很好的完成动态补偿功能。
二、动态无功补偿装置最优利用方法与原理功能
配电线路无功补偿即通过在线路杆塔上安装电容器实现无功补偿。线路补偿点不宜过多，一般不采用分组投切控制；补偿容量也不宜过大，避免出现过补偿现象；保护措施也要一切从简，可采用熔断器或者避雷器作为过流和过压保护。线路补偿方式这种方式具有投资小、回收快、便于管理和维护等优点，适用于功率因数低、负荷重的长线路。
在低压三相四线制的城市居民和农网供电系统中：由于用电户多为单相负荷或单相和三相负荷混用，并且负荷大小不同和用电时间的不同。所以，电网中三相间的不平衡电流是客观存在的，并且这种用电不平衡状况无规律性，也无法事先预知。导致了低压供电系统三相负载的长期性不平衡。对于三相不平衡电流，电力部门除了尽量合理地分配负荷之外几乎没有什么行之有效的解决办法。 电网中的不平衡电流会增加线路及变压器的铜损，还会增加变压器的铁损，降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行，最终会造成三相电压的不平衡。
调整不平衡电流无功补偿装置，有效地解决了这个难题，该装置具有在补偿线路无功的同时调整不平衡有功电流的作用。其理论结果可使三相功率因数均补偿至1，三相电流调整至平衡。实际应用表明，可使三相功率因数补偿到0.95以上，使不平衡电流调整到变压器额定电流的10%以内。
工作原理：无功动态补偿装置由控制器、过零触发模块、晶闸管、并联电容器、电抗器、放电保护器件等组成。装置实时跟踪测量负荷的电压、电流、无功功率等，通过微机进行分析，然后计算出无功功率并与预先设定的数值进行比较，自动选择能达到最佳补偿效果的补偿容量并发出指令，由过零触发模块判断双向可控硅的导通时刻，实现快速、无冲击地投入并联电容器组。
目前，国内的动态补偿的控制器和国外的同类产品相比还要有很大的差距，一方面是补偿功率不能一步到位，冲击电流过大，系统特性容易漂移，维护成本高；另一方面是在动态响应时间上较慢，动态响应时间重复性不好。另外，相应的国家标准也还没有达到一定标准，这方面落后于发展。但是运算速度快，抗干扰能力强，最重要的是有很好的完成动态补偿功能。
无功补偿的具体实现方式：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。
动态无功率补偿装置的主要功能：1、提高线路输电稳定性；2、维持受电端电压，加强系统电压稳定性；3、补偿系统无功功率，提高功率因数，降低线损，节能损耗；4、抑制电压波动和闪变；5、抑制三相不平衡。
动态无功率补偿装置的主要问题：1、电容器损坏频繁。2、电容器外熔断器在投切电容器组及运行中常发生熔断。3、电容器组经常投入使用率低。
三、在配电系统中动态无功补偿与静态补偿区别
（一）前者表示靠无功控制器根据线路力率情况自动投、切补偿量，以确保功率因数基本恒定于某一设定值附近；后者表示手动投入固定值补偿量，不随线路力率情况改变补偿量，此类方式除非补偿量刚好合当，功率因数才会达标，否则，不论补偿量过小或过大，功率因数均偏小。
（二）动态无功补偿的定义是这种响应动作时间小于1S，一般是通过可控硅投切电容组TSC、可控电抗器调节无功TCR型SVC或利用IGBT器件调节的静止性无功发生装置SVG等来实现。静态补偿可以是固定的通过隔离开关或熔断器断电后进行人工调节的装置，也指响应时间大于1S的自动投切装置，如接触器投切电容组的方式。
四、应用
（一）SLTF型低压无功动态补偿装置：适用于交流50Hz、额定电压在660V以下，负载功率变化较大，对电压波动和功率因数有较高要求的电力、汽车、石油、化工、冶金、铁路、港口、煤矿、油田等行业。安装环境：周围介质无爆炸及易燃危险、无足以损坏绝缘及腐蚀金属的气体、无导电尘埃。无剧烈震动和颠簸，安装倾斜度
（二）SHFC型高压无功自动补偿装置：适用于6kV~10kV变电站，可在I段和II段母线上任意配置1~4组电容器，适应变电站的各种运行方式。技术特征：电压优先，按电压质量要求自动投切电容器，使母线电压始终处于规定范围。
篇5
论文摘要：本文集中探讨了功率因数对广大供电企业的影响以及提高功率因数所带来的经济效益和社会效益，介绍了影响功率因数的主要因素和提高功率因数的几种方法，还讨论了目前所通用的几种无功电源及其特点。这对供电企业是十分有益的。
0 引言
许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的“无功”并不是“无用”的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。在功率三角形中，有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数cosφ，其计算公式为：
cosφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2
在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。
1影响功率因数的主要因素
1.1大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60％～70％。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。
1.2变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。
3采取适当措施，设法提高系统自然功率因数
提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资，仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率，这是一种最经济的提高功率因数的方法。
3.1合理使用电动机；
3.2 提高异步电动机的检修质量；
3.3采用同步电动机：同步电动机消耗的有功功率取决于电动机上所带机械负荷的大小，而无功功率取决于转子中的励磁电流大小，在欠励状态时，定子绕组向电网“吸取”无功，在过励状态时，定子绕组向电网“送出”无功。因此，对于恒速长期运行的大型机构设备可以采用同步电动机作为动力。异步电动机同步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流，使其呈同步电动机运行，这就是“异步电动机同步化”。
3.4 合理选择配变容量，改善配变的运行方式：对负载率比较低的配变，一般采取“撤、换、并、停”等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。
4 无功电源
电力系统的无功电源除了同步电机外，还有静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器，这4种装置又称为无功补偿装置。除电容器外，其余几种既能吸收容性无功又能吸收感性无功。
4.1 同步电机：同步电机中有发电机、电动机及调相机3种。 ①同步发电机：同步发电机是唯一的有功电源，同时又是最基本的无功电源，当其在额定状态下运行时，可以发出无功功率：
Q=S×sinφ=P×tgφ
其中:Q、S、P、φ是相对应的无功功率、视在功率、有功功率和功率因数角。发电机正常运行时，以滞后功率因数运行为主，向系统提供无功，但必要时，也可以减小励磁电流，使功率因数超前，即所谓的“进相运行”，以吸收系统多余的无功。②同步调相机:同步调相机是空载运行的同步电机，它能在欠励或过励的情况下向系统吸收或供出无功，装有自励装置的同步电机能根据电压平滑地调节输入或输出的无功功率，这是其优点。但它的有功损耗大、运行维护复杂、响应速度慢，近来已逐渐退出电网运行。③并联电容器：并联电容器补偿是目前使用最广泛的一种无功电源，由于通过电容器的交变电流在相位上正好超前于电容器极板上的电压，相反于电感中的滞后，由此可视为向电网发quot；无功功率：Q=U2/Xc
其中：Q、U、Xc分别为无功功率、电压、电容器容抗。
并联电容器本身功耗很小，装设灵活，节省投资；由它向系统提供无功可以改善功率因数，减少由发电机提供的无功功率。④静止无功补偿器：静止无功补偿器是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制。当电压变化时静止补偿器能快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要，同时还能做到分相补偿；对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性；但由于晶闸管控制对电抗器的投切过程中会产生高次谐波，为此需加装专门的滤波器。
篇6
【关键词】谐波抑制；无功补偿；电能质量；晶闸管投切电容器；晶闸管控制电抗器
0.概述
中友中板厂全称无锡市中友不锈中板有限公司，属金属冶炼及压延加工行业，主要从事不锈钢中板、低合金中板、锅炉板、容器板的冶炼与轧制，其中不锈钢中板目前国内仅有三家生产企业之一。公司目主要的大功率生产设备有两台60吨电弧炉、三台30吨中频炉、两台3000T轧机使用一台2800kW的直流电机、二台3000T轧机使用三台4300kW的直流电机、一台4000T的精轧机使用一台5700kW的直流电机、三台1250kW除尘电机为交流异步电机、一台1250kVA的交流异步辊道电机、一台1000kW的电阻加热电炉。
该厂由于设备和生产原因，用电功率因数较低，用电质量差。每月都要额外支付数万到数十万的力调电费。表1为该厂2010年来部分月份电费情况。
1.原因分析
对中友中板厂的几种主要设备从其工作原理上进行电能质量分析可知，该厂负载对电网的影响主要有几种情况：
（1）电弧炉工作时产生的谐波、无功、闪变、三相负载不对称等情况，同时由于电弧炉工作状态的不确定性，在产生谐波时不仅产生特征次谐波，也会产生非特征次谐波。
（2）晶闸管整流电路不仅产生大量谐波，也要消耗无功，且功率因数随着控制角 的增加而降低。当负载降低时，功率因数也随之降低。
（3）异步电动机虽然是线性负载，在起动与空载时起功率因数均较低，尤其在起动瞬间需消耗大量的无功功率，对电网造成无功冲击。另外异步电机在负载运行时的0.8～0.85功率因数也不能满足国家《功率因数调整电费办法》所规定的功率因数0.9的要求。
2.采取措施
2.1 TCR+TSC+LC控制法
按系统所需的无功补偿值投入适当组数的电容器，并略有过补（补成容性），再用TCR的感性无功来补偿过补部分的无功。同时，LC滤波器滤除谐波，对于3、5、7、11次谐波采用单调谐滤波器，即TCR+TSC+LC控制法。
晶闸管控制电抗器TCR和晶闸管投切电容器TSC都采用三角形联结。因为采用三角形联结有很多优点：一是可以避免线电流中产生零序分量；二是可以将 次谐波电压互相抵消；三是各个元器件的绝缘水平与电网额定电压的等级一致，使用中的同步信号可直接取自相应的线电压。
晶闸管阀的接线方式有晶闸管与大功率二极管反并联和晶闸管反并联两种接线方式。由于采用晶闸管与大功率二极管反并联方式时，晶闸管和二极管上承受的最大电压为2倍线电压峰值。而采用晶闸管反并联接线方式时，电容器是在电压过零点时投入，电容上没有预充电，晶闸管阀所承受的最高电压为线电压峰值，可以减少晶闸管阀串联的个数，降低控制装置的成本。所以本装置采用晶闸管反并联接线方式。
TCR+TSC+LC动态无功补偿装置监测系统不仅负责采集装置各组成部分的主要状态变量，进行简单计算或逻辑分析后对其进行显示，而且对TCR+TSC+LC动态无功补偿装置系统当前所处的状态进行实时判断，必要时发出报警信号或紧急操作指示，从而为预防和避免动态无功补偿装置装置出现故障提供了可靠、有力的保证。TCR+TSC+LC动态无功补偿装置保护系统则保障TCR+TSC+LC动态无功补偿装置能够安全并入电网运行，一旦系统出现故障，装置不会受到损坏；而装置出现故障后也不会对系统造成破坏性的影响。TCR+TSC+LC动态无功补偿装置控制系统则是装置中最为关键的部分，它指挥整个装置按照预先设定的运行特性进行工作，其设计的好坏直接关系到整个装置的性能。
2.2中友中板厂混合型动态无功补偿系统运行分析
该系统于2012年9月12日投入试运行，我们于15日对电网质量情况进行了主要包括谐波电流，功率因素等电能质量数据。
（1）对LC滤波系统投运前进行单独测量电流波形，得出3次、5次、7次、11次、13次谐波电流均超标，且超标严重，分别为65.32A，78.56A，34.72A，21.23A，23.32A。对混合型动态无功补偿系统投运前进行电压电流波形测量，6KV负荷注入6KV系统侧的母线电压总畸变率为5.06%，远远超过国家限制3%。功率因素也很低，只有0.75。
（2）对混合型动态无功补偿系统投运后负荷注入系统的谐波电流进行测量得出数据全部达标。电压畸变率也达到国家标准，满负荷情况下，功率因素达到0.92，也符合国家规定要求。
（3）根据这个测试结果不难看出中友中板厂生产过程中，只要这套混合型动态无功补偿装置正常运行，整个厂里的负荷不会对电网产生不良影响。
以上三大类负载是该厂主要的谐波与无功及闪变的污染源，针对这三种负载进行相应的谐波与无功治理不仅可降低其对电网的影响，提高供电效率及供电质量。同时由于用电质量的改善也能为该厂节约大量的电费，提高经济效益。
3.结论
本文针对大功率负荷下谐波及无功的特点和无功补偿的性能指标作了分析，以无锡中友中板厂的谐波及无功补偿为课题背景，通过对混合型动态无功系统的工程实例调试和系统研究，得到以下结论：
（1）通过对大功率负荷下谐波及无功的特点的研究与分析，设计出现场实用的滤波及补偿方案。
（2）建立了基于混沌遗传算法的LC滤波器优化方案。运用该方案的优点是：补偿及滤波装置未投入运行前便可预知其运行时的各项电力技术指标，经过调整可以设计出较为理想的无功补偿及谐波滤波装置，避免了盲目性，对于装置的设计质量起到了保证作用。
（3）在动态无功补偿方面，本文采用TCR+TSC的混合型补偿方法。在TSC投切上设计了不等容分组的非线性投切的投切法，保证了每组电容组的使用效率，在满足限定条件下总是投入容量较大的一组补偿电容器。
（4）大型轧钢厂的负荷均为冲击型负荷，在运行时产生大量的谐波及无功，实践证明SVC必须与工程同步。
篇7
【关键词】谐波，污染，危害，抑制
1.研究背景
电力系统谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起科学家和工程师们的注意。早在19世纪末，当交流电以一种新兴的动力形式出现时，人们就发现了电压、电流的波形畸变问题，并同时对畸变的原理及消除方法等开始研究。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。1945年JCRead发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。
2.电力电子装置中的谐波产生
谐波即对周期性的交流量进行傅里叶分解，得到频率大于一的整数倍基波频率的分量。电网中的谐波主要是由各种大容量功率变换器以及其他非线性负载产生的，其中主要的谐波源是各种电力电子装置，如整流装置、交流调压装置等，这其中，整流装置所占的比例最大，它几乎都是采用带电容滤波的二极管不控整流或晶闸管相控整流，它们产生的谐波污染和消耗的无功功率是众所周知的；除整流装置外，斩波和逆变装置的应用也很多，而其输入直流电源也来自整流装置，因此其谐波问题也很严重，尤其是由直流电压源供电的斩波和逆变装置，其直流电压源大多是由二极管不控整流后经电容滤波得到的，这类装置对电网的谐波污染日益突出。
3.谐波的危害
电网中日益严重的谐波污染常常对设备的工作产生严重的影响，其危害一般表现为：1）谐波电流使输电电缆损耗增大，输电能力降低，绝缘加速老化，泄漏电流增大，严重的甚至引起放电击穿。2）使电动机损耗增大，发热增加，过载能力、寿命和效率降低，甚至造成设备损坏。3）容易使电网与用作补偿电网无功功率的并联电容器发生谐振，造成过电压或过电流，使电容器绝缘老化甚至烧坏。4）谐波电流流过变压器绕组增大附加损耗，使绕组发热，加速绝缘老化，发出噪声。5）使大功率电动机的励磁系统受到干扰而影响正常工作。6）影响电子设备的正常工作，如：使某些电气测量仪表受谐波的影响而造成误差，导致继电保护和自动装置误动作，对邻近的通信系统产生干扰，非整数和超低频谐波会使一些视听设备受到影响，使计算机自动控制设备受到干扰而造成程序运行不正常等。
4.谐波的抑制
4.1采取主动措施，减少电力电子设备的谐波含量
1）多脉波变流技术 对于大功率电力电子装置，常将原来6脉波的变流器设计成12脉波或24脉波变流器，以减少交流侧的谐波电流含量。
2）脉宽调制技术 其基本思想是控制PWM输出波形的各个转换时刻，保证四分之一波形的对称性。使需要消除的谐波幅值为零，基波幅值为给定量，达到消除指定谐波和控制基波幅值的目的。
3）多电平变流技术 针对各种电力电子变流器采用移相多重法、顺序控制和非对称控制多重化等方法，将方波电流或电压叠加，使得变流器在交流电网侧产生的电流或电压为接近正弦的阶梯波，且与电源电压保持一定的相位关系。
4.2安装电力滤波器，提高滤波性能
1）无源电力滤波器。无源电力滤波器（PPF）即利用电容和电抗器组成LC调谐电路，在系统中能够为谐波提供并联低阻通路，起到滤波作用；同时，利用电容还能补偿无功功率，改善电网的功率因数。但由于结构和原理上的原因，使用无源滤波装置来解决谐波问题也存在一些难以克服的缺点，如：只能滤除特定次谐波，谐波补偿频带较窄，过载能力小，对系统阻抗和频率变化的适应性较差，稳定性较差，体积大，损耗大等。
2）有源电力滤波器。通过检测电网中的谐波电流，然后控制逆变电路产生相应的补偿电流分量并注入电网，以达到消除谐波的目的。APF按与系统的连接方式不同可分为串联型、并联型和串―并联混合型。并联型APF主要适用于感性电流源负载的谐波补偿，串联型APF主要用于消除带电容的二极管整流电路等电压型谐波源负载对系统的影响，串―并联型APF兼有串、并联APF的功能。APF滤波特性不受系统阻抗影响，不会与电网阻抗产生串联和并联谐振的现象，且对外电路的谐振具有阻尼的作用。此外，APF具有高度可控性和快速响应性，不仅能补偿各次谐波，还可抑制电压闪变，补偿无功电流，性价比较为合理。
3）混合型电力滤波器。混合型电力滤波器将无源滤波器与有源滤波器组合起来，其中有源滤波器不直接承受电网电压和负载的基波电流，仅起负载电流和电网电压的高次谐波隔离器的作用，因而有源滤波器的容量可以设计得较小，利用串联的有源滤波器增加高次谐波阻抗而对基波无影响的特性，可以改善无源滤波器的滤波效果，防止与电网之间发生谐振，但其缺陷是有源滤波器的性能很大程度上决定于电流互感器的特性。另外新型混合有源电力滤波器方案，采用开关频率较低的IGBT构成的逆变器来进行无功补偿，由开关频率高，耐压较低的MOSFET构成的逆变器进行谐波电流补偿，高频逆变器的输出侧采用变压器隔离，可消除大部分干扰。为了更好地达到抑制谐波的效果，对不同的谐波源负载应该采用相应结构的滤波装置，如级联型大功率APF、基于DSP的智能型APF等的研究都标志着低损耗、大功率、高频率、智能化的APF是其发展方向。
5.结论
日益严重谐波污染已引起各方面的高度重视，“谐波污染”已成为电网内三大公害之一。随着对谐波现象的进一步认识，将会找到更有效的方法抑制和消除谐波，同时也有助于制度更加合理的谐波管理标准。为了更好地达到抑制谐波的效果，对不同的谐波源负载应该采用相应结构的滤波装置，只有各方面都重视起来，进行治理，才能还电网一个干净的环境。
参考文献：
[1]王兆安.黄俊.电力电子技术.北京：机械工业出版社.2003
[2]陈坚.电力电子变换和控制技术.北京：高等教育出版社.2002.
篇8
关键字 牵引变电所高次谐波 功率因数有级调压高压动态无功补偿 谐波抑制APF
1、引言
陇海线天兰线和谐（交直交）大功率系列机车的运行，虽然显著的改善了牵引供电系统的电能质量（机车本身功率因数的提高，系统网压和谐波），但与传统的电力机车（交直）相比最显著的特征是谐波特性不同，对原有电气化铁路牵引供电系统在无功补偿及谐波抑制方面产生了新的影响。
1.1存在问题举例
(1) 2010年11月份以后天兰线天水变电所静态电容补偿断路器多次因过电压、谐波过电流而频繁跳闸。三阳川变电所、甘谷变电所静态电容补偿断路器也因过电压、谐波过电流而跳闸的次数有所增加。
（2）2010年11月份以后天兰线天水变电所、三阳川变电所、甘谷变电所等所由于母线电压的瞬间升高造成27.5KV所内自用变二次输出电压的瞬间波动致使所内直流系统监控装置模块、充电机模块多次烧损。
（3）2011年6月份后鉴于和谐大功率系列机车自身无功补偿系统功率因数提高，三阳川变电所退出A相、B相电容补偿、甘谷变电所退出A相电容补偿，但致使静态补偿装置滤波功能失去作用。
（4）为保证牵引变电所交直流系统的正常运行，2011年6月份后，天兰线多座变电所退出了27.5KV自用变，投入了10KV自用变，但造成电力经营成本核算的困难，当电力10KV贯通线在检修和出现故障时，所以只能投入27.5KV自用变。
1.2母线电压波动及交直流设备烧损的原因分析：
(1)和谐系列（交直交）大功率牵引机车的主回路的两个特点对牵引供电系统影响较大， 一是高次谐波含量多（17-51次），低次谐波含量少。二是采用再生制动方式。机车谐波源的幅值是随着位置和时间变化的，并与机车运行状态有较大的关系。原有韶山系列（交直）电铁系统中，谐波的含量主要以3、5、7次谐波为主，原有静态补偿装置的滤波装置能有效地抑制3、5、7次谐波，尤其是3、5次谐波，但对高次谐波的抑制作用不明显。当接触网阻抗参数同机车匹配造成谐波电流放大时，放大了谐波电流引起电压畸变，畸变的电压进一步致使机车谐波电流增大，系统谐振过电压几率增大，当形成谐振过电压时，造成牵引变电所母线电压异常波动。
（2）和谐系列（交直交）大功率牵引机车自身无功补偿装置以使牵引供电系统功率因数大幅度提升，但固定补偿装置的补偿容量在补偿过程中是不会发生变化的，极易因无功负荷小于补偿容量而造成过补状态，会造成无功累加电量增大，严重时会引起功率因数的大幅度跌落，造成牵引变电所母线电压的异常波动。
（3）目前天兰线各变电所使用的交直流充电机的充电模块对谐波电压的抑制功能较差，整流模块工作时自身也会产生较大的电流畸变，这个畸变的电流流经电网时也会产生新的谐波电压，同时和牵引网中高次谐波电压直接叠加在交流屏交流元件上，形成过电压状态。
2、有级调压式高压动态无功补偿系统
如果补偿装置能够根据供电臂牵引负荷变化动态提供系统所需的无功补偿容量，就会避免过补现象的发生。
2.1 调压式高压动态无功补偿系统的工作原理
动态补偿是根据感性无功变化，及时调节补偿电容器发出的无功容量。改变无功总量有两种方法：一是改变投入的等效电容量，另一个是改变电容两端的电压。传统补偿方式采用的是改变投入的等效电容量的方法，调压式高压动态无功补偿系统采用的是第二种方法。
（1）
因(Xc-Xl)为固定阻抗，所以补偿容量Qc与U2为平方关系，如果我们调节电容器两端的工作电压，就可以调节电容器发出的无功总量，实现动态无功补偿。
补偿系统采用特殊设计的深度调压变压器，实现大范围动态调压。调压装置在高压无功补偿自动控制装置的控制下根据系统感性无功的变化，动态调节电容器两端的电压，通过特种调压变压器实现动态无功的馈送。由计算机构成的高压无功补偿自动控制装置，通过实时采集电网的电压、电流、功率因数，分析负荷的变化趋势、系统无功功率、系统谐波含量、电压波动情况等，利用模糊控制技术调节有载分接开关，实现动态优化补偿，并达到无功补偿容量随系统负荷无功容量的变化自动跟踪的目的。
2.2 调压式高压动态无功补偿系统总体结构
本系统主要由五部分组成：深度调压无功补偿变压器、真空有载调压开关、补偿电容器组、保护系统、测控系统。
2.1系统示意图
2.3 调压式高压动态无功补偿系统系统优点
有级调压式高压动态无功补偿装置，属高压电力系统无功补偿设备，主要特征是设有特种自耦调压变压器与有载调压分接开关配合，受控于高压无功补偿自动控制装置，根据被补偿系统感性无功功率的变化动态调节补偿电容器的工作电压实现动态无功补偿。它具有可靠性高、动态调节范围宽、容量大、系统附加损耗小、对电容没有冲击且能延长电容使用寿命、补偿电容量的调节不改变谐波吸收比等优点。
2011年1月份，天兰线天水变电所对原有静态补偿系统进行了更换改造，采用调压式高压动态无功补偿系统，自2011年2月-11月，无功补偿稳定，功率因数均值达0.97以上，有效改善了供电质量。但是，其对高次谐波抑制方面效果不明显。
3、调压式高压动态无功补偿装置在谐波抑制存在的问题
虽然调压式高压动态无功补偿装置有着诸多的优点，对滤波补偿系统滤波的影响，可忽略不计，但在设计理念上主要是进行无功功率的补偿，兼顾了3、5次谐波的滤波功能，它与传统的静态补偿装置相比只是仅仅增加了特种单项有载调压变压器，克服了欠补偿和过补偿的问题， 但对牵引供电系统高次谐波抑制方面效果不强。
4、高次谐波的抑制措施
4.1对高次谐波引起网压异常波动的治理措施，一方面是降低机车本身的高次谐波电流值，即在机车上加装RC高通滤波器等方法。二是在牵引供电系统变电所增加滤波装置。
图4.1 电气化铁道谐波、无功治理方案
4.2 有源电力滤波器在牵引供电系统的应用
采用有源电力滤波器（Active Power Filter,简称APF）是牵引供电系统谐波抑制的一个重要发展的趋势。APF是一种新型谐波和无功补偿装置，在补偿无功的同时有源滤波器能对谐波进行有效治理。其基本原理是：通过电流互感器检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电流中的谐波成分，然后通过PWM信号发送给内部IGBT,控制逆变器产生一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，达到滤波的目的。按照与补偿对象的连接方式，APF可分为串联型和并联型。串联型APF不能进行无功补偿，且绝缘困难，维修不变，因此，它的实用性受到限制。
大容量的有源滤波器造价高、功耗大，在实际应用中受到限制。为了获得较好的滤波特性且降低造价，人们提出了有源与无源混合滤波器方案。在混合滤波系统中，对于负载侧的谐波电流源，有源滤波器被控制为一个等效谐波阻抗，它使无源和有源滤波器总的串联谐波阻抗对各次谐波都为零，从而使所有的负载谐波电流全部流入无源滤波器支路，达到提高无源滤波器滤波效果的目的，此时有源滤波器的输出补偿电压为所有负载谐波电流流过无源滤波器时产生的电压。这样充分发挥LC无源滤波器和APF各自的优势，尽量减小APF的容量，解决了绝缘和最佳投资的问题。
5、 结束语
随着既有线电力机车的不断更新，牵引变电所现有补偿装置在高次谐波抑制方面效果差的缺点的显现，对牵引供电设备运行安全造成了严重影响。所以，如何更好的实现铁牵引变电所无功补偿，谐波治理，更好的实现环保运输节约能源消耗是当今需要考虑的关键问题。
参考文献
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篇9
关键词：自动调压 无功补偿
1 概述
电压是电能主要质量指标之一。电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、线路损失、工农业安全生产、产品质量和人民生活用电都有直接影响。根据国标GB 12325-2003《电能质量 供电电压允许偏差》的规定：10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%。
2 调压器简介
为了保证电压质量，中低压配电网主要调压手段及措施为：(1)变电站主变压器有载调压；(2)改变线路的无功功率；(3)改变线路参数；(4)新建变电站；(5)使用自动调压器。前四种措施是在针对特定的线路进行电压调整时，其经济性和可行性欠佳，自动调压器在解决特定线路电压调节方面技术可行、经济适用、安装方便。
3 无功自动补偿简介
3.1 概述
随着国民经济的迅速发展，城网、农网的用电量日趋增大，电网的供电质量越来越受到供电部门的重视。随着一期、二期电网改造完成，电网的供电质量得到很大改善和提高，但是还存在着功率因数偏低，无功补偿不合理、线损较大等问题。各级供电公司重视线损的管理，合理的补偿无功，提高功率因数，增加电网效益。
为了探索10kV线损管理的新途径，提高功率因数，平衡无功，降低线损，拟在线路上使用高压无功补偿装置来提高线路功率因数，补偿无功；在探索改善线路供电质量，节能降损的途径中,作出了积极的一步。
3.2设备选型
下面分别以10kV冯庄线线路现状、线路分析、设备选型为顺序，对这条线路逐一分析，以求得最佳解决方案。
4 线路方案及设备选型
4.1 线路状况
4.2 线路分析
参看线路图并结合上表1可知：10kV冯庄线线路较长，支线较多，变电站出口电压为10.7kV左右，线路负荷分布不均匀，在主干线221#杆处有一条负荷较重，线路较长的支线，而且计划在支线221#杆以后增加1200kVA的负荷。负荷性质为生活用电、农业灌溉和一些加工企业。由此可知，线路后端的电压较低，功率因数较低。
4.3 调压器设备选型
根据线路负荷及参数，并结合附表1可计算出主干线路的末端电压。
计算变电站到主干线125#杆的压降为：
式中： U1――线路的压降；
UN――变电站出口电压；
P，Q ―― 变电站有功功率，无功功率；
R ，X ――变电站到主干线125#杆的线路的电阻，感抗；
S――线路配变容量；
l――线路长度。
主干线125#杆处的电压约为：
U125=UN-U1=10.7-0.88=9.82kV
式中：UN――变电站出口电压。
主干线125#杆到支线221#杆的压降为：
式中：U2 ――线路的压降；
U125――主干线125#杆处的电压；
P'，Q'―― 主干线125#杆以后的有功功率，无功功率；
R' ，X'――主干线125#杆到支线221#杆线路的电阻，感抗；
支线221#杆处的电压约为：
U221支=U125-U2=9.82-1.84=7.98kV
同理可以计算线路支线末端（441#杆）的电压仅为6.36kV左右，因此，不能满足正常的生产及生活用电，需加装调压器以解决线路电压低的问题。
篇10
论文摘要:介绍了电力电子器件和变频技术的发展过程，以及变频技术在家用电器的应用，分析了变频技术的应用也带来了谐波、电磁干扰和电源系统功率因数下降等问题。提出了相关的谐波抑制方法及提高电源系统功率因数的措施。
引言
随着电力电子、计算机技术的迅速发展，交流调速取代直流调速已成为发展趋势。变频调速以其优异的调速和启、制动性能被国内外公认为是最有发展前途的调速方式。变频技术是交流调速的核心技术，电力电子和计算机技术又是变频技术的核心，而电力电子器件是电力电子技术的基础。电力电子技术是近几年迅速发展的一种高新技术，广泛应用于机电一体化、电机传动、航空航天等领域，现已成为各国竞相发展的一种高新技术。专家预言，在21世纪高度发展的自动控制领域内，计算机技术与电力电子技术是两项最重要的技术。
一、电力电子器件的发展过程
上世纪50年代末晶闸管在美国问世，标志着电力电子技术就此诞生。第一代电力电子器件主要是可控硅整流器(SCR)，我国70年代将其列为节能技术在全国推广。然而，SCR毕竟是一种只能控制其导通而不能控制关断的半控型开关器件，在交流传动和变频电源的应用中受到限制。70年代以后陆续发明的功率晶体管(GTR)、门极可关断晶闸管(GTO)、功率MOS场效应管(Power MOSFET)、绝缘栅晶体管(IGBT)、静电感应晶体管(SIT)和静电感应晶闸管(SITH)等，它们的共同特点是既控制其导通，又能控制其关断，是全控型开关器件，由于不需要换流电路，故体积、重量较之SCR有大幅度下降。当前，IGBT以其优异的特性已成为主流器件，容量大的GTO也有一定地位[1][2][3]。
许多国家都在努力开发大容量器件，国外已生产6000V的IGBT。IEGT(injection enhanced gate thyristor)是一种将IGBT和GTO的优点结合起来的新型器件，已有1000A/4500V的样品问世。IGCT(integrated gate eommutated thyristor)在GTO基础上采用缓冲层和透明发射极，它开通时相当于晶闸管，关断时相当于晶体管，从而有效地协调了通态电压和阻断电压的矛盾，工作频率可达几千赫兹[2][3]。瑞士ABB公司已经推出的IGCT可达4500一 6000V，3000一 3500A。MCT因进展不大而引退而IGCT的发展使其在电力电子器件的新格局中占有重要的地位。与发达国家相比，我国在器件制造方面比在应用方面有更大的差距。高功率沟栅结构IGBT模块、IEGT、MOS门控晶闸管、高压砷化稼高频整流二极管、碳化硅(SIC)等新型功率器件在国外有了最新发展。可以相信，采用GaAs、SiC等新型半导体材料制成功率器件，实现人们对“理想器件”的追求，将是21世纪电力电子器件发展的主要趋势。
高可靠性的电力电子积木(PEBB)和集成电力电子模块(IPEM)是近期美国电力电子技术发展新热点。GTO和IGCT，IGCT和高压IGBT等电力电子新器件之间的激烈竞争，必将为21世纪世界电力电子新技术和变频技术的发展带来更多的机遇和挑战。
二、变频技术的发展过程
变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。电力电子器件的更新促使电力变换
技术的不断发展。起初，变频技术只局限于变频不能变压。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速研究引起了人们的高度重视。20世纪80年代，作为变频技术核心的PWM模式优化问题吸引着人们的浓厚兴趣，并得出诸多优化模式，如:调制波纵向分割法、同相位载波PWM技术、移相载波PWM技术、载波调制波同时移相PWM技术等。
VVVF变频器的控制相对简单，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较小，受定子电阻压降的影响比较显著，故造成输出最大转矩减小。
矢量控制变频调速的做法是:将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic通过三相——二相变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Iml、Itl，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。
直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。
VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流回路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交—交变频应运而生。
三、变频技术与家用电器
20世纪70年代，家用电器开始逐步变频化，出现了电磁烹任器、变频照明器具、变频空调、变频微波炉、变频电冰箱、IH(感应加热)饭堡、变频洗衣机等[4]。
20世纪末期期，家用电器则依托变频技术，主要瞄准高功能和省电。
首先是电冰箱，由于它处于全天工作，采用变频制冷后，压缩机始终处在低速运行状态，可以彻底消除因压缩机起动引的噪声，节能效果更加明显。其次，空调器使用变频后，扩大了压缩机的工作范围，不需要压缩机在断续状态下运行就可实现冷、暖控制，达到降低电力消耗，消除由于温度变动而引起的不适感。近年来，新式的变频冷藏库不但耗电量减少、实现静音化，而且利用高速运行能实现快速冷冻。
在洗衣机方面，过去使用变频实现可变速控制，提高洗净性能，新流行的洗衣机除了节能和静音化外，还在确保衣物柔和洗涤等方面推出新的控制内容;电磁烹任器利用高频感应加热使锅子直接发热，没有燃气和电加热的炽热部分，因此不但安全，还大幅度提高加热效率，其工作频率高于听觉之上，从而消除了饭锅振动引起的噪声。
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四、电力电子装置带来的危害及对策
电力电子装置中的相控整流和不可控二极管整流使输入电流波形发生严重畸变，不但大大降低了系统的功率因数，还引起了严重的谐波污染。
另外，硬件电路中电压和电流的急剧变化，使得电力电子器件承受很大的电应力，并给周围的电气设备及电波造成严重的电磁干扰(EM1)，而且情况日趋严重。许多国家都已制定了限制谐波的国家标准，国际电气电子工程师协会(IEEE)、国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)纷纷推出了自己的谐波标准。我国政府也制定了限制谐波的有关规定[5]。
（一）谐波与电磁干扰的对策
1、谐波抑制
为了抑制电力电子装置产生的谐波，一种方法是进行谐波补偿，即设置谐波补偿装置，使输入电流成为正弦波[3]。
传统的谐波补偿装置是采用IC调谐滤波器，它既可补偿谐波，又可补偿无功功率。其缺点是，补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定频率的谐波，效果也不够理想。
电力电子器件普及应用之后，运用有源电力滤波器进行谐波补偿成为重要方向。其原理是，从补偿对象中检测出谐波电流，然后产生一个与该谐波电流大小相等极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响。
大容量变流器减少谐波的主要方法是采用多重化技术:将多个方波叠加以消除次数较低的谐波，从而得到接近正弦的阶梯波。重数越多，波形越接近正弦，但电路结构越复杂。小容量变流器为了实现低谐波和高功率因数，一般采用二极管整流加PWM斩波，常称之为功率因数校正(PEC)。典型的电路有升压型、降压型、升降压型等。
2、电磁干扰抑制
解决EMI的措施是克服开关器件导通和关断时出现过大的电流上升率di/dt和电压上升率du/dt，目前比较引入注目的是零电流开关(ZCS)和零电压开关(ZVS)电路。方法是:
(1)开关器件上串联电感，这样可抑制开关器件导通时的di/dt，使器件上不存在电压、电流重叠区，减少了正关损耗;
(2)开关器件上并联电容，当器件关断后抑制du/dt上升，器件上不存在电压、电流重叠区，减少了开关损耗;
(3)器件上反并联二极管，在二极管导通期间，开关器件呈零电压、零电流状态，此时驱动器件导通或关断能实现ZVS、ZCS动作。
目前较常用的软件开关技术有部分谐振PWM和无损耗缓冲电路。
（二）功率因数补偿
早期的方法是采用同步调相机，它是专门用来产生无功功率的同步电机，利用过励磁和欠励磁分别发出不同大小的容性或感性无功功率。然而，由于它是旋转电机，噪声和损耗都较大，运行维护也复杂，响应速度慢。因此，在很多情况下已无法适应快速无功功率补偿的要求。
另一种方法是采用饱和电抗器的静止无功补偿装置。它具有静止型和响应速度快的优点，但由于其铁心需磁化到饱和状态，损耗和噪声都很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，又不能分相调节以补偿负载的不平衡，所以未能占据静止无功补偿装置的主流。
随着电力电子技术的不断发展，使用SCR、GTO和IGBT等的静止无功补偿装置得到了长足发展，其中以静止无功发生器最为优越。它具有调节速度快、运行范围宽的优点，而且在采取多重化、多电平或PWM技术等措施后，可大大减少补偿电流中谐波含量。更重要的是，静止无功发生器使用的抗器和电容元件小，大大缩小装置的体积和成本。静止无功发生器代表着动态无功补偿装置的发展方向。
五、结束语
我们相信，电力电子技术将成为21世纪重要的支柱技术之一，变频技术在电力电子技术领域中占有重要的地位，近年来在中压变频调速和电力牵引领域中的发展引人注目。随着全球经济一体化及我国加人世界贸易组织，我国电力电子技术及变频技术产业将出现前所未有的发展机遇。
参考文献:
[1] 周明宝.电力电子技术[M].北京:机制工业出版社，1985.
[2]陈坚.电力电子学－电力电子变换和控制技术.北京：高等教育出版社，2002.
[3]王兆安 黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社，2003.
