提高系統(tǒng)功率因數(shù)的途徑一般有:提高系統(tǒng)自然功率因數(shù);安裝無功補(bǔ)償裝置。無功補(bǔ)償?shù)脑砗?jiǎn)單來說，就是提供負(fù)載所需要的無功功率，將電容器和電感并聯(lián)在同一電路中，電感吸收能量時(shí)，電容器釋放能量，而電感放出能量時(shí)，電容器在吸收能量，能量就在它們之間交換，即阻感性負(fù)載需要的無功功率可由電容器提供，反之，阻容性負(fù)載需要的無功功率可由電抗器提供因此，按照負(fù)載的性質(zhì)安裝不同的設(shè)備可以提供負(fù)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(tǒng)的壓力。

1.諧波的產(chǎn)生與危害

1.1諧波的產(chǎn)生

具體而言，諧波是由諧波電流源產(chǎn)生的。在正弦電壓施加于非線性負(fù)荷條件下，電流就會(huì)變換為非正弦波，而負(fù)荷連接電網(wǎng)，相應(yīng)的電網(wǎng)中就會(huì)注入非正弦電流，在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)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(huì)產(chǎn)生畸變。非線性負(fù)載在消耗無功功率的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流，例如熒光燈的電流畸變率達(dá)到20%，功率因數(shù)在0.85左右。

1.2諧波的危害

(1)諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的3次諧波流過中線時(shí)會(huì)使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。

(2)諧波影響各種電器設(shè)備的正常工作。諧波對(duì)電機(jī)的影響除了引起附加損耗外，還會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過熱。諧波使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致?lián)p壞。

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

(4)諧波會(huì)引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并會(huì)使電氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確。

(5)諧波會(huì)對(duì)鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量;重者會(huì)導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。因此，不論是從經(jīng)濟(jì)上還是從設(shè)備的安全運(yùn)行上，無功補(bǔ)償和諧波治理都是必要的。

2.電力系統(tǒng)中諧波的抑制措施

電力系統(tǒng)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(shù)

電力系統(tǒng)中最主要的諧波源來自于換流設(shè)備，根據(jù)相關(guān)理論分析可知，如果換流設(shè)備脈動(dòng)數(shù)有所增加，則換流設(shè)備在直流側(cè)與交流側(cè)所產(chǎn)生的特征諧波次數(shù)或以將較大幅值的低頻項(xiàng)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(tǒng)的諧波和無功補(bǔ)償問題必須綜合考慮濾波和補(bǔ)償這兩方面的因素，能滿足要求的實(shí)現(xiàn)方法有很多，經(jīng)過學(xué)習(xí)比較，這里主要研究?jī)煞N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(tǒng)的補(bǔ)償無功和抑制諧波的主要手段，是一種用并聯(lián)濾波器濾除諧波的典型電路結(jié)構(gòu)，通常是根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能由電力電容器，電抗器和電阻組合而成。一個(gè)簡(jiǎn)單的串聯(lián)LC電路與諧波源并聯(lián)，應(yīng)用其諧振原理，使某一次諧波在這個(gè)支路發(fā)生諧振，呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，使該次諧波電流不再流入電網(wǎng)，達(dá)到抑制諧波的目的。如果要濾除若干次諧波，就用若干個(gè)單調(diào)諧LC濾波器并聯(lián)接到電網(wǎng)。無源電力濾波器還可以設(shè)計(jì)成雙諧振的，同時(shí)濾除兩種頻率的諧波，還可以設(shè)計(jì)成高通濾波器，以濾除某一次上的諧波。

無源濾波器的優(yōu)點(diǎn):因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電壓和容量可以做的很大，在吸收諧波的基礎(chǔ)上還可以補(bǔ)償無功，改善功率因素;維護(hù)方便;造價(jià)低，運(yùn)行費(fèi)用也低;對(duì)某一次高次諧波的吸收效果明顯;設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)成熟，因此成為傳統(tǒng)的補(bǔ)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(yōu)點(diǎn)，但它也有不足之處。無源濾的濾波原理是在系統(tǒng)中為諧波提供一并聯(lián)低阻通路，因此由于結(jié)構(gòu)原理上的原因，在應(yīng)用中存在著一些難以克服的缺點(diǎn):

(1)只能抑制按設(shè)計(jì)要求規(guī)定的諧波成分，抑制較低次諧波的單調(diào)諧濾波器

(2)只對(duì)調(diào)諧點(diǎn)的濾波效果明顯，而對(duì)偏離調(diào)諧點(diǎn)的諧波無明顯效法解實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)考慮到設(shè)計(jì)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(tǒng)參數(shù)影響較大，濾波效果隨系統(tǒng)運(yùn)行情況而變化，當(dāng)系統(tǒng)阻抗和頻率波動(dòng)時(shí)，濾波效果變差。特別是對(duì)電網(wǎng)變化規(guī)律很難精確預(yù)知，因此一個(gè)實(shí)際的濾波器要達(dá)到理想的濾波效。當(dāng)系統(tǒng)阻抗和頻率變化時(shí)，可能與系統(tǒng)發(fā)生串聯(lián)或者并聯(lián)諧振，從而會(huì)產(chǎn)生諧波放大現(xiàn)象，使裝置無法運(yùn)行，甚至使整個(gè)濾波系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。

(4)當(dāng)系統(tǒng)中諧波電流增大時(shí)，無源濾波器可能過載，甚至損壞設(shè)備。

(5)裝置體積大，損耗大。

(6)濾波要求和無功補(bǔ)償、調(diào)壓要求有時(shí)難以協(xié)調(diào)。

基于上述無源濾波器設(shè)計(jì)和運(yùn)行中存在的問題，國(guó)內(nèi)外的設(shè)計(jì)研究人員研究出若干解決辦法，通過采取優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(diǎn)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(bǔ)無源濾波器不足的一種新型諧波抑制設(shè)備，是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，它能對(duì)大小變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償。它的基本原理是從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。其應(yīng)用可克服LC無源濾波器等傳統(tǒng)諧波抑制和無功補(bǔ)償方法的缺點(diǎn)，與傳統(tǒng)無源濾波器相比，具有突出的優(yōu)點(diǎn)，概括起來主要有:實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可對(duì)頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)補(bǔ)償對(duì)象的變化有極快的響應(yīng)。

(2)可同時(shí)對(duì)諧波和無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償無功功率時(shí)不需要儲(chǔ)能元件，補(bǔ)償諧波時(shí)所需要儲(chǔ)能元件容量也不大，且補(bǔ)償無功功率的大小可做到連續(xù)調(diào)節(jié)。

(3)即使補(bǔ)償電流過大，有源電力濾波器也不會(huì)發(fā)生過載，并能正常發(fā)揮補(bǔ)償用。

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

(6)既可對(duì)一個(gè)諧波和無功源單獨(dú)補(bǔ)償，也可對(duì)多個(gè)諧波和無功源集中補(bǔ)償。

基于有源濾波器的上述優(yōu)點(diǎn)，采用有源電力濾波器是對(duì)諧波進(jìn)行抑制的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，因而受到廣泛的重視，對(duì)于保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性具有重要意義，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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[2]羅安.電網(wǎng)諧波治理和無功補(bǔ)償技術(shù)及裝備[M].北京:中國(guó)電力出版社2006

作者簡(jiǎn)介:

鐘京紅(1972-)，女，中共黨員，工程師，本科，學(xué)士學(xué)位，畢業(yè)于河南理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè),現(xiàn)于河南省平煤股份十二礦職教中心任機(jī)電專業(yè)專職教師。2014年5月獲得全國(guó)注冊(cè)安全工程師資格證書并已申請(qǐng)注冊(cè)。研究方向:職工教育教學(xué)管理工作，機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域;曾發(fā)表學(xué)術(shù)論文多篇。