【文章內(nèi)容簡介】 損耗，要求系統(tǒng)提供足夠的無功功率，否則電網(wǎng)電壓將下降，電能質(zhì)量得不到保證。同時，無功功率的不合理分配，也將造成線損增加，降低電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。 無功功率從何而來？顯然，發(fā)電機提供的無功功率相對負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)對無功功率的需求來說只是“杯水車薪”，僅僅依靠發(fā)電機提供無功功率也是極不經(jīng)濟的。無功功率最主要的來源是利用各種無功功率補償（以下簡稱無功補償）設(shè)備在電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進行無功補償。因此，無功補償是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它是保證電能質(zhì)量和實現(xiàn)電力系統(tǒng)經(jīng)濟運行的基本手段。 低壓電力用戶量大面廣，其負(fù)荷的功率因數(shù)又大都比較低，因此在低壓電網(wǎng)中 進行無功功率的就地補償是整個電力系統(tǒng)無功補償?shù)闹匾h(huán)節(jié)。低壓電網(wǎng)的無功補償主要采用并聯(lián)電容器進行，它包括固定電容器（ FC）補償和自動投切電容器的動態(tài)補償以及兩者混合補償?shù)确绞健? 12 電力負(fù)荷是隨時變化的，所需要的無功功率也是隨時變化的，為了維持無功平衡，要求無功補償設(shè)備實行動態(tài)補償，即要根據(jù)無功負(fù)荷的變化及時投切電容器。以往的低壓動態(tài)無功補償設(shè)備以機械開關(guān)（接觸器）作為電容器的投切開關(guān)，機械開關(guān)不僅動作速度慢，而且會產(chǎn)生諸如涌流沖擊、過電壓、電弧重燃等現(xiàn)象，開關(guān)本身和電容器都容易損壞。據(jù)調(diào)查，我國過去 使用的自動投切電容器無功補償裝置在使用 3 年后損壞率達 75％ [2]。 隨著電力電子技術(shù)和微機控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了智能型的動態(tài)無功補償裝置。這種以電力電子器件作為無功器件（電容器、電抗器）的控制或開關(guān)器件的動態(tài)無功補償裝置被稱為靜止無功補償裝置（ SVC： Static Var Compensator）。 SVC 是動態(tài)無功補償技術(shù)的發(fā)展方向，它正成為傳統(tǒng)無功補償裝置的更新?lián)Q代產(chǎn)品。 8. 結(jié)束語 本文集中探討了功率因數(shù)對廣大供電企業(yè)的影響以及提高功率因數(shù)所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益，介紹了影響功率 因數(shù)的主要因素和提高功率因數(shù)的幾種方法，還討論了目前所通用的幾種無功電源及其特點。這對供電企業(yè)是十分有益的。 在電力系統(tǒng)中的變電所或直接在電能用戶變電所裝設(shè)無功功率電源 ,以改變電力系統(tǒng)中無功功率的流動 ,從而提高電力系統(tǒng)的電壓水平，減小網(wǎng)絡(luò)損耗和改善電力系統(tǒng)的動態(tài)性能，這種技術(shù)措施稱為無功功率補償。無功功率指的是交流電路中，電壓 U 與電流 I 存在一相角差時 ,電流流過容性電抗 (XC)或感性電抗 (XL)時所形成的功率分量（分別為）。這種功率在電網(wǎng)中會造成電壓降落（感性電抗時）或電壓升高（容性電抗時）和焦耳（電阻發(fā)熱 ）損失，卻不能做出有效的功。因而需要對無功功率進行補償。合理配置無功補償（包括在什么地點、用多大容量和采用何種型式）是電力系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計工作中一項重要內(nèi)容。在運行中 ,合理使用無功補償容量，控制無功功率的流動是電力系統(tǒng)調(diào)度的主要工作之一。 二 、 電力系統(tǒng)諧波的基本特性和測量 諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，其頻率是基波頻率的整數(shù)倍數(shù)。理論上看，非線性負(fù)荷是配電網(wǎng)諧波的主要產(chǎn)生因素。非線性負(fù)荷吸收電流和外加端電壓為非線性關(guān)系，這類負(fù)荷的電流不是正弦波，且引起電壓波形畸變。周期性的畸變波形經(jīng)過傅立葉級數(shù) 分解后，那些大于基頻的分量被稱作諧波。 非線性負(fù)荷除了產(chǎn)生基頻整次諧波外，還可能產(chǎn)生低于基頻的次諧波，或高于基波的非整數(shù)倍諧波。電力系統(tǒng)中出現(xiàn)系統(tǒng)短路、開路等事故，而導(dǎo)致系統(tǒng)進入暫態(tài)過程引起的諧波，將不歸屬諧波治理的范疇。 要治理諧波改善供電品質(zhì)，需要了解諧波類型。諧波按其性質(zhì)和波動的快慢可分成四類：準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)諧波、波動諧波、快速變化的諧波和間諧波四類。因其多樣性和隨機性，在實際工作中，要精確評估諧波量值非常困難，所以在 IEC 610047標(biāo)準(zhǔn)中對前三類諧波進行了規(guī)定，推薦采用數(shù)理統(tǒng)計的方法對諧波進行測 量。兼顧數(shù)理統(tǒng)計和數(shù)據(jù)壓縮的需要，標(biāo)準(zhǔn)對測量時段以及通過測量值計算諧波值提出了表 1建議。 13 國標(biāo) GB/T 145491993采用觀察期 3s有效測量的各次諧波均方根值的 95%概率作為評價諧波的標(biāo)準(zhǔn)。為簡便實用，將實測值按由大到小的方式排序，在舍去前 5%個大值后剩余的最大值，近似作為 95%的概率值。 實際工作中，通常采用諧波測試儀來監(jiān)測和分析諧波。一般來說，將用 戶接入公用電網(wǎng)的公共連接點作為諧波監(jiān)測點，測量該點的電壓和注入公共電網(wǎng)的電流后，通過對電壓和電流的分析，取得諧波測量資料。 相對單點的諧波測量而言，從區(qū)域或整個電網(wǎng)角度來看，諧波源的定位和確定諧波模型進而分析它是一個相對復(fù)雜的過程。諧波源定位，一般采用功率方向法和瞬時負(fù)荷參數(shù)分割法。而諧波模型分析的方法一般有三種：非線性時域仿真、非線性和線性頻率分析。三種方法的相同點是對電網(wǎng)作適當(dāng)?shù)木€性化處理，只是在處理非線性設(shè)備時采取了不同的模擬方式。 1. 配網(wǎng)中的諧波源 嚴(yán)格意義上講，電力網(wǎng)絡(luò)的每個環(huán)節(jié)，包括發(fā)電 、輸電、配電、用電都可能產(chǎn)生諧波，其中產(chǎn)生諧波最多位于用電環(huán)節(jié)上。 發(fā)電機是由三相繞組組成的，理論上講，發(fā)電機三相繞組必須完全對稱，發(fā)電機內(nèi)的鐵心也必須完全均勻一致，才不致造成諧波的產(chǎn)生，但受工藝、環(huán)境以及制作技術(shù)等方面的限制，發(fā)電機總會產(chǎn)生少量的諧波。 輸電和配電系統(tǒng)中存在大量的電力變壓器。因變壓器內(nèi)鐵心飽和，磁化曲線的非線特性以及額定工作磁密位于磁化曲線近飽和段上等諸多因素，致使磁化電流呈尖頂形，內(nèi)含大量奇次諧波。變壓器鐵心飽和度越高，其工作點偏離線性就越遠，產(chǎn)生的諧波電流就越大，嚴(yán)重時三次諧波電流可 達額定電流的 5%。 用電環(huán)節(jié)諧波源更多，晶閘管式整流設(shè)備、變頻裝置、充氣電光源以及家用電器，都能產(chǎn)生一定量的諧波。 晶閘管整流技術(shù)在電力機車、充電裝置、開關(guān)電源等很多方面被普遍采用。它采用移相原理，從電網(wǎng)吸收的是半周正弦波，而留給電網(wǎng)剩下的半周正弦波，這種半周正弦波分解后能產(chǎn)生大量的諧波。有統(tǒng)計表明，整流設(shè)備所產(chǎn)生的諧波占整個諧波的近 40%，是最大的諧波源。 變頻原理常用于水泵、風(fēng)機等設(shè)備中，變頻一般分為兩類：交 直 交變頻器和交 交變頻器。前者將 380V 50Hz工頻電源經(jīng)三相橋式可控硅整流，變成直 流電壓信號，濾波后由大功率晶體開關(guān)元件逆變成可變頻率的交流信號。后者將固定頻率的交流電直接轉(zhuǎn)換成相數(shù)一致但頻率可調(diào)的交流電。兩者均采用相位控制技術(shù)，所以在變換后會產(chǎn)生含復(fù)雜成分 (整次或分次 )的諧波。因變頻裝置一般具有較大功率，所以也會對電網(wǎng)造成嚴(yán)重的諧波污染。 充氣電光源和家用電器更是常見的諧波源，如熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈與金屬鹵化 14 物燈應(yīng)用氣體放電原理發(fā)光，其伏安特性具有明顯的非線性特征。計算機、電視機、錄像機、調(diào)光燈具、調(diào)溫炊具、微波爐等家用電器，因內(nèi)置調(diào)壓整流元件，會對電網(wǎng)產(chǎn)生高次奇諧波；電風(fēng)扇、 洗衣機、空調(diào)器含小功率電動機，也會產(chǎn)生一定量的諧波。這類設(shè)備功率雖小，但數(shù)量多，也是電網(wǎng)諧波源中不可忽視的因素。 2. 諧波在配網(wǎng)中的危害 諧波對于配電系統(tǒng)的影響，表現(xiàn)在對線路上所配置的保護及測量設(shè)備的影響。因這些設(shè)備一般采用電磁式繼電器、感應(yīng)繼電器元件，容易接受諧波干擾而誤動和拒動，系統(tǒng)中存在的不明原因的誤動和拒動，與諧波不無關(guān)系。所以諧波超標(biāo)，會嚴(yán)重威脅配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。 諧波會大大增加電力變壓器的銅損和鐵損，降低變壓器有效出力，諧波導(dǎo)致的噪聲，會使變電所的噪聲污染指數(shù)超標(biāo)，影響工作人員的身 心健康。對于電力電容器，諧波會導(dǎo)致端電壓升高，損耗加大，電容器發(fā)熱，加速老化，從而縮短使用壽命。 配網(wǎng)中使用大量異步電動機，產(chǎn)生的諧波會增加附加損耗。負(fù)序諧波產(chǎn)生的負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場，會產(chǎn)生制動力矩，影響電動機的有功出力。對斷路器而言，無論其構(gòu)成元件為電磁的、還是熱磁的、亦或電子的，都可能受諧波的影響誤動。 電能表是評價電能消耗重要而基本的測量工具，是用戶繳費的憑證，而諧波可能使電能計量產(chǎn)生較大誤差，嚴(yán)重時會導(dǎo)致計量混亂。同樣，諧波也是引起錄波裝置誤啟動，保護誤動和拒動的重要因素。 此外，諧波會通過靜電感應(yīng) 、電磁感應(yīng)以及傳導(dǎo)等多種方式耦合進通訊系統(tǒng)，影響它們的正常運行。對于人體，諧波會刺激人體細胞，使正常的細胞膜電位發(fā)生快速波動或可逆的翻轉(zhuǎn)，當(dāng)這種波動或翻轉(zhuǎn)頻率接近諧波頻率時，會影響人體大腦與心臟。 3. 配電網(wǎng)諧波治理的對策 既然諧波存在多方面的危害，采取必要的有效手段，避免或補償已產(chǎn)生的諧波，就顯得尤為重要?？蓺w納以下治理措施： (1)加強標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)規(guī)范的宣傳貫徹。 IEC 6100以及國標(biāo) GB/T 145491993，對于諧波定義、測量等進行了宣傳，明確諧波治理是一項互惠互利、節(jié)能增效，是保證電網(wǎng)和 設(shè)備安全穩(wěn)定運行的舉措； (2)主管部門對所轄電網(wǎng)進行系統(tǒng)分析，正確測量，以確定諧波源位置和產(chǎn)生的原因，為諧波治理準(zhǔn)備充分的原始材料；在諧波產(chǎn)生起伏較大的地方，可設(shè)置長期觀察點，收集可靠的數(shù)據(jù)。對電力用戶而言，可以監(jiān)督供電部門提供的電力是否滿足要求；對于供電部門而言，可以評估電力用戶的用電設(shè)備是否產(chǎn)生了超標(biāo)的諧波污染。 (3)針對諧波的產(chǎn)生和傳播的特點，采取相應(yīng)的隔離、補償和減小措施。在配電網(wǎng)中，主要存在的是三次諧波污染，可以在諧波檢測的基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)加裝濾波設(shè)備來減小諧波注入電網(wǎng)。對于各種電氣設(shè)備的設(shè) 計者，在設(shè)計初始，就要考慮其設(shè)備的諧波污染度，將諧波限制在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)。 (4) 加強管理，多方出資，共同治理。諧波的治理，需要大量的投資，不能僅僅靠供電部門，要調(diào)動電力供需環(huán)節(jié)中的各個方面，在分清諧波來源基礎(chǔ)上，走共同治理之路。 4. 結(jié)論 諧波治理是綜合治理過程，是改善供電品質(zhì)的重要手段。 GB/T 145491993《電能質(zhì)量— 公用電網(wǎng)諧波》對電網(wǎng)各級電壓諧波水平進行了量化限制，對用戶注入公用電網(wǎng)的諧波電流也進行了相應(yīng)的規(guī)定，在主網(wǎng)、城網(wǎng)中，諧波治理有明確的規(guī)定和要求，而日益發(fā)展的農(nóng)村電網(wǎng)對 有關(guān)諧波的治理并未引起足夠的重視，認(rèn)識還有待提高。目前農(nóng)網(wǎng)中的高壓配電的許多用戶，對諧波的危害也沒有引起足夠的重視，往往認(rèn)為諧波治理是電力部門的事情，是 15 一種單邊行為，就此而言，作為電力歸口管理部門有必要加強諧波治理方面的宣傳，強調(diào)諧波治理的重要性和投資回報。在對諧波準(zhǔn)確測量的基礎(chǔ)上，提出適合用戶的治理方案。這樣做，不僅能夠改善整個網(wǎng)絡(luò)的電力品質(zhì)，同時也能延長用戶設(shè)備使用壽命，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低電磁污染環(huán)境，減少能耗，提高電能利用率。 三 、 電壓無功控制 和 九區(qū)域控制策略 電力系統(tǒng)中電壓和無功功率的調(diào)整對電網(wǎng)的 輸電能力、安全穩(wěn)定運行水平和降低電能損耗有極大影響。因此，要對電壓和無功功率進行綜合控制，保證實現(xiàn)包括電力部門和用戶在內(nèi)的總體運行技術(shù)指標(biāo)及經(jīng)濟指標(biāo)最佳。 1. 電壓無功控制的原理 （ 1）調(diào)控原理介紹單一的輻射形網(wǎng)絡(luò)的等值電路如圖 1所示。圖中各參數(shù)以標(biāo)么值表示，US 為系統(tǒng)電源電壓，看作是恒定值。 RST、 XST 為高壓網(wǎng)與變壓器的總電阻、電抗， RL、XL 為 10KV線路的電阻和電抗，調(diào)節(jié)量為變壓器變比 n 和補償電容器 QC。由圖寫出各節(jié)點的電壓方程式： US UH=[PLRS+(QLQC)XS]/UH (1) UDUL=(RL+XLtgΦL)PL/UL (2) UHUD=[PLRT+(QLQC)XT]/UD (3) UD=UH/n （ 2）電壓調(diào)節(jié)對無功功率的影響 當(dāng)利用有載調(diào)壓變壓器分接頭對低壓側(cè)電壓調(diào)節(jié)時，不但改變了電壓的高低，而對無功功率也有調(diào)節(jié)作用。由圖 1可知，當(dāng)忽略變壓器等值電阻的影響，電容器組退出，不考慮電容器的影響時，式 (3)可表示為 UHUD=QLXT/UD，可推得 QL=(UHUD)UD/XT (4) 當(dāng)考慮到 UH=nUD，式 (4)可改為 QL=(n1)UD2/XT。對于變壓器變比 n和 XT 均為常數(shù)，變壓器向系統(tǒng)吸取的無功功率與電壓的平方 UD2成正比。變壓器負(fù)荷為綜合性負(fù)荷，變壓器向系統(tǒng)吸取的無功功率在低壓側(cè)額定電壓 UDN 附近斜率會更大。所以當(dāng)利用有載調(diào)壓變壓器的分接頭開關(guān)調(diào)大變壓器變比 n，降低了低壓側(cè)的電壓 UD 時， QL 將隨之變小，即負(fù)荷向系統(tǒng)吸取的無功減少了。當(dāng)調(diào)高 UD時，負(fù)荷向系統(tǒng)吸取的無功功率 QL也隨之增加。 （ 3）投退電容器組對電壓的影響 在變壓器低壓側(cè)母線上投入并聯(lián)電容器組，假設(shè)投入的電容器組電容量為 C，相應(yīng)補 償無功功率為 QC，則式 (3)可改寫為式 (5)，可見投入電容器組后，負(fù)荷向系統(tǒng)吸取的無功功率變小，無功功率引起的電壓損耗也變小，即變壓器負(fù)荷側(cè)的電壓就升高。 ΔUQ=[(QLQC)/UD]XT (5) 值得注意的是，當(dāng)系統(tǒng)已處于最小負(fù)荷或無負(fù)荷狀態(tài)時，如果不切除已投入的電容器組，將會產(chǎn)生多余的有功功率損耗，電壓也會嚴(yán)重升高，超過限制電壓。關(guān)于這一點可以從以下分析看出：當(dāng)電流流過變壓器等值阻抗 ZT 時，不但產(chǎn)生電壓損耗，還產(chǎn)生有功和無功功率損耗。其中有功功率損耗表示為 ΔP=RT(PL2+QL2)/UD2 (6) 同理可得無功損耗 ΔQ=XT(PL2+QL2)/UD2 (7) 有功功率的損耗是由兩項組成的。第一項 RTPL2/ UD2與無功功率有關(guān)，第二項與無功功率有關(guān)的有功損耗，記為 ΔPQ=