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电力电子技术与谐波抑制
电力电子技术与谐波抑制【1】
摘 要 本文阐述了电力电子技术的发展状况，分析了谐波污染的危害以及抑制措施，并介绍了无功问题和谐波治理中一些新的技术。
关键词 谐波抑制电力电子技术谐波治理
1 谐波的产生和影响
1.1 谐波与无功功率的产生
在用电负载中，阻感负载占了很大一部分，阻感负载要正常的工作就要吸收无功功率。
而这些装置中交流侧的电流会因为使用了相控方式而滞后于电压，也就产生了大量的谐波电流。
即使一些交流侧电压电流基本相同的装置，但是电流波形的畸变，也会产生谐波电流，导致无功功率被消耗。
纯正弦交流电路中，定义了三种功率，它们的表达式为(P是有功功率，Q是无功功率，S是视在功率)：
P=UIcosφ
Q= UIsinφ
S=UI
三种功率满足关系式：
S2=P2+Q2
有功功率P的表示交流平均功率;视在功率S在工程上表示为电气设备功率中设计的极限值，它当中的额定电流由铜耗和导线的截面积决定;无功功率表示的则是含有储能元件的电路中的一种功率互换的幅度，单相电路与三相电路之间又有一些不同。
在非正弦交流电路中，有功功率和视在功率可以分别表示成：
其中，Un和In分别代表基波和谐波中电压、电流的分别的有效值。
按照纯正弦电路的模式，可以给非正弦电路的无功功率做一个定义：
在这里，Q虽然反应能量的流动交换，但却不体现其的消耗情况。
公用电网的电压，波形稳定，畸变很小，而电流的畸变可能却很大，所以在研究过程中，可以将各个功率可以用以下公式表示：
其中，Qf和D分别表示基波电流和谐波电流产生的无功功率。
功率因素可以表示成：
在这个式子中，u=I1/I是叫波形畸变因数，cosφ1则被称为位移因数或功率因数。
可以看出，功率因数在非正弦电流电路中除了与基波电流相关，还与谐波大小有关系。
所以，电路中的谐波，会使得无功功率增大，从而使功率因数变低，导致电气容量的可利用率下滑，从而损害电网。
1.2 谐波对电网的影响
1)谐波的产生，会使电网设备产生附加的损耗，从而降低供配电以及用电设备的功率。
2)谐波引起的过电压、过电流将会使变压器产生过热现象，这样一来，设备容易老化，使用寿命缩短而且还会损坏。
3)谐波会到这继电保护装置的误操作，是一些测量仪表失效或测量不准确。
4)谐波会在公用电网中引发并联谐振和串联谐振，极易造成安全隐患。
5)谐波的产生，对近处的通信装置产生干扰，导致通信质量下降，造成一些额外损失。
2 对谐波抑制技术的研究
各国在电力技术方面都制定了一些法规或措施来将谐波抑制控制在允许范围，对谐波和谐波电流的合成方法进行了明确说明，为了满足这些要求，要采用一些方法来抑制谐波以及对无功功率进行补偿。
2.1 安装谐波补偿装置
2.1.1 无源滤波器
无源电力滤波器(PPF)在谐波抑制中有很大优势，初期投资比较小，运行效率高，它主要利用电子元件的谐振特性，使得电感或电容在阻抗分流回路中形成低阻抗，但体积大，材料消耗多等，也是它的缺点。
2.1.2 有源滤波器
有源滤波器(APF)与无源滤波器(PPF)相比而言，它能在补偿各次谐波的同时，还能调节三相不平衡电压和抑制闪变;并且它能够对动态的谐波进行跟踪补偿，达到自适应的效果;滤波特性也不受频率与阻抗影响。
因为优势明显，APF技术也是治理电网污染中的一项关键技术，对它的研究比较广泛。
根据使用场合分，可分为有源直流和有源交流两类;根据逆变电路储能元件来分，分为电流型与电压型滤波装置，如图1所示：a)为电压型。
b)为电流型。
电压型效率高，可任意并联扩容，适用于电网级的谐波补偿，且技术相对成熟，目前使用广泛;电流型结构简单，性能稳定，不适用大容量系统。
通过接入电网的方式来分，还可分为串联型与并联型。
并联型的APF，主要功能是消除负载引起的谐波电流，优势是可以多台并联使用，适用于多种容量场合;串联型APF，是通过向电网中加入或减去一个瞬时电压，使负载侧电压维持一个纯正弦波，这种方式使串联型在电压敏感性负载中非常适合，但它负载电流过大，体积较大，没有并联型使用广泛。
有源滤波器的控制策略是滤波技术中最重要的部分，包括直流侧电容电压控制、输出电流跟踪控制，一般来说又可分为开环控制、闭环控制，目前主要采用闭环控制技术，它补偿效果较好。
参考文献
[1]刘玉冰.关于电力电子技术与谐波抑制、无功功率补偿技术的研究[J].科技广场，2007(7)：218-221.
[2]吴任国.电力电子技术及电力系统谐波治理[J].船电技术，2010，30(11)：55-58.
电力电子技术与谐波抑制、无功功率补偿技术研究【2】
为了进一步提高电力系统的稳定性，确保电力输送的高效性，本文通过对配电系统中谐波和无功功率进行简要分析，在结合无功功率与谐波对电力系统影响的基础上，对电子电力技术以及无功功率补偿和谐波抑制的现状展开了详细的论述和分析，从 【关键词】电力电子技术 谐波抑制 无功功率
电力电子技术在电力系统中的应用不仅能够提高系统的输电能力，而且还可以在降低系统能耗的同时，改善输电质量，提高电力输送的灵活性和稳定性。
但在电力电子技术得以应用的同时，其相关设备也成为了电力系统运行当中的谐波源，并在运行过程中对系统的无功功率进行消耗，从而对电力系统的正常运行产生严重影响。
因此，加强对谐波问题和无功功率损耗问题解决方法的研究力度，已成为电力生产、输送领域需要面对和解决的主要问题。
1 配电系统中谐波与无功功率概述
对配电系统中的水泵异步电机和荧光灯与支撑计算机系统运行等负载进行分析可知，其必须消耗系统产生的无功功率方能实现正常工作。
但变频器、整流器等电力电子装置通常采用的是相控方式工作的，这种控制方式使得此类设备的交流侧电压常滞后于系统运行电压，其不仅会消耗大量的无功功率，而且在运行的同时还会产生谐波电流，从而影响电力系统的正常运行。
给出有功功率P、无功功率Q和视在功率S三者的关系式：
S2=P2+Q2 (1)
其中，P为系统瞬时功率在单位周波中积分得平均值，即系统交流平均功率，S为各类电器设备的最大可利用容量，具体来说就是电压U和电流I的有效值乘积，分别由设备的绝缘性和导线横截面积决定;Q表示具备储能性质的电气元件功率交换的幅度，通常单相电路功率互换大都发生在储能设备和电源中，而三相电路功率互换则以在具有储能性质的三相设备中的往复流动为主，需要说明的是任意时刻内，三相无功功率的和恒定为零。
2 无功功率和谐波对电力系统的影响
2.1 无功功率对电力系统的影响
(1)无功功率的加将会使得供电设备的视在功率S增加，同时，也会引发启动设备、控制设备和仪表等测量设备的尺寸与规格扩增;
(2)无功功率的增加必将使得电力系统设备与线路损耗更加严重，缩短电气设备寿命;
(3)无功功率增加将会引发变压器与线路压降的扩大，从而使电网电压产生剧烈波动，影响电力系统的稳定性。
2.2 谐波的主要危害
(1)变频器和整流器等所产生的谐波将引起电气设备附加谐波的损耗，同时，使得供配电设备的工作效率下降;
(2)谐波对各类电气设备的影响也较为严重，例如，引起系统的过电流和过电压，从而增加变压器的负担，引发电缆过热和绝缘装置老化;
(3)谐波的另一危害体现在对公用电网的影响上，由于电网中的电流大都是以正弦的形式存在的，而谐波的产生会导致非正弦电流电路的功率因数增加，从而在电场中产生非正弦电流，导致公用电网的局部谐波被进一步放大，甚至将会导致串、并联谐振，增加电力设备的安全风险。
3 电子电力技术的应用现状
由于电子电力技术在无功功率补偿和谐波抑制方面具有较为鲜明的作用，故对电子电力技术的应用情况进行了解是极为必要的。
3.1 高压直流输电技术――HVDC
此项技术对容量较大且距离较远的电力传输工作而言具有较强的优越性。
由于在输电过程中，基于HVDC技术输电时产生的电能损耗要远低于以传统交流输电技术为主所产生的电能损耗，且HVDC在支持电力传输时所需的传输线缆更少，在减少占地的同时，也省去了传统交直流输电转化所需的特殊设备，故而在远距离传输时具备良好的经济性。
现阶段，全球HVDC工程拥有50余个，技术支持的总设备容量达到了3.6×104MW，考虑到我国的地域辽阔且能源分布不均等情况，加大对HCDC技术的研发和投入力度极为必要。
3.2 静止无功补偿器――SVC
将以晶闸管为基础元件的固态开关取代原有的机械开关，通过对抗电器与电容器进行控制，从而实现快速且频繁地对输电系统导纳功能进行改变的目的。
通常，SVC由固定或可变电容器支路同系统中的可控支路并联组成，分为TCR、TCT以及TSC和SSR四种类型，其中，TCR型SVC的反应速度最快，可达5-20ms，且不仅运行可靠，而且在分相调节和价格与使用范围方面也具有较大的优势。
目前，全球已拥有220余套配置SVC的输配电系统，总容量已达到3.5×104var，随着SVR优势的进一步普及，其在输配电领域和工业用电方面必将得到全面的发展和推广。
4 无功功率补偿与谐波抑制现状
电力系统中的无功功率补偿方法主要包括了同步发电机、调相机、电动机的引用补偿和并联电容器与SVC补偿，由于多数工程供电系统中，阻感性负载占据绝大部分，使得总等效负载呈现感性，故而可采用并联电容器的方式对无功功率进行补偿，从而提高功率因数。
根据电容器在系统中安装位置的差异，其并联补偿方式主要包括以下几种：
(1)将电容器组集中安置在电源母线上，从整体上提高变电装置的功率因数，降低馈出线路的无功损耗。
(2)分区补偿。
在功率因数较低区域的母线上分别装置电容器组，以此来增强无功功率补偿的效果，但缺点是同集中补偿相比，分区补偿的范围有所减小。
(3)就地补偿。
对异步电动机等感性设备进行功率补偿时，将电容器组安置在负载设备周边进行无功补偿，在提高用电设备在供电回路功率因数的同时，改善用电设备的电压质量。
供电系统谐波抑制的方式主要有两种，一种是利用无缘LC滤波器或是有源电力滤波器对系统运行过程中所产生的谐波进行过滤;另一种是对谐波源进行改造，例如将变流器的相数提高或更换具有较高功率因数的整流器等。
其中，LC无源滤波器抑制谐波的方法较为常见，采用电力电容器以及电抗器电阻对具备某一特征的次谐波进行抑制，在次谐波频率下滤波器的逐鹿进行串联谐振，同时，写成具有较低阻抗的通路，从而使次谐波电流尽可能少地流入到电网当中，最大限度地降低谐波对电网的影响。
5 结论
本文通过对配电系统中的谐波和无功功率产生的原因进行分析，在结合无功功率以及谐波对电力系统影响的基础上，从电子电力技术应用现状的角度出发，提出了无功功率补偿和谐波抑制的相关方法。
可见，未来加强对电子电力技术以及无功功率补偿与谐波抑制方法的研究和应用力度，对于促进电力产业的健康、稳定发展具有重要的现实意义。
参考文献
[1]李志远.无功补偿装置SVG技术研究及应用[J].科技风，2014，10(12)：70.
[2]张生龙.浅谈电力系统中无功补偿的重要性和其主要方式[J].科技创新导报，2014，02(23)：76-77.
[3]郭攀，顾海卫.浅析无功补偿技术在电气自动化中的应用[J].科技与企业，2014，04(10)：157.
电力系统中电子技术在谐波治理中的应用【3】
摘 要：随着时代的突飞猛进，我国科技的发展也进入到了新的阶段，特别是针对电力行业来说，作为我国主要支柱行业之一，信息化时代背景条件下，也需要进行不断的创新和思考。
就目前而言，电力行业已经成为了一个最基础的行业，不但为我国其他行业正常的生产和发展带来了重要保障。
同时也是我国居民正常生活的基础。
但是由于电力行业的重要性，所以对于行业本身也具有更加严谨的要求，特别是对电力输送时出现的问题进行相应的解决，所以，在电力系统中研究电子技术在谐波治理中的应用，将对我国电力行业的发展提供重要的参考。
关键词：电力系统中的电子技术 谐波治理方法 分析和运用
谐波是一种正弦波，其特点主要是频率始终在基波的整数倍，而当电路中有非线性元器件或者负载时，就会导致电网内部再次产生多个与基波呈整数或者分数倍的正弦波，这些波也就说电网谐波，特别是一些高次谐波，很容易导致电网不稳定，也会导致诸多安全问题的发生，于此同时，谐波污染已经被电子行业列为主要的发展问题之一。
而作者将通过该文，就电力系统中电子技术在谐波治理中的应用进行分析和探讨。
1 谐波产生的原因
对于电力系统而言，谐波的产生是一个无法消除的过程，按照谐波产生的元器件不同，主要可以将谐波的来源归结为两大类：(1)电源产生谐波，这种谐波主要是由于发电机电压器等工作电压高于额定电压，且百分比要大于10%，同时加上磁饱和，引发3次谐波出现快速增加;(2)由于用户采用的电器多为非线性电器，例如电焊装置以及电弧炉等等，同时还有一些电镀直流装置;变频冰箱空调等特殊装置，导致交流整流发生逆变。
2 电网谐波的害处
电网谐波的影响相对广泛，一般来说其危害可以按照类型分为四类：(1)谐波会对供电网络产生威胁，特别是相关测量时，通常会采用电磁继电器，但是谐波会引发测量元件发生误动，最后导致配电系统安全性难以得到保障;(2)谐波会对设备造成损毁，一般在电网中主要采用的金属以铜铁居多，而不同的谐波则会导致这些金属出现磨损，直接导致变压器出现异常，另外谐波也会导致电容器消耗过多，最终发生过早老化报废;(3)谐波会对通讯系统产生电磁干扰，从而导致通讯的质量下降;(4)谐波对于人体的危害也是极其巨大的，其主要危害就是同时产生的噪音会让人的正常生活受到影响，同时会导致人的正常细胞受到刺激而发生异变。
3 电子技术分类
对于目前我国电力系统来说，主要用到的多为半导体元器件，所以电子技术的类型也可以分为以下几类，即高压直流输电技术，无功补偿技术，交流输电技术，用户电力技术以及变频技术。
就高压直流输电技术来说，主要被广泛运用到电力输送以及工程建设方面;无功补偿技术，是针对对于输电系统的无功功率进行相应的功率补偿，保证以满足输送的需求;交流输电技术则广泛运用于晶闸管控制的移相器、相间功率控制器等等元器件的制造中;而用户电力技术的目标是实现输电系统的可靠性和稳定性，提升供电的效率，运用比较常见的元器件有：动态电压恢复器(DVR)，固态断路器(SSCB)等等;最后是变频技术，变频技术目前运用比较常见的是空调冰箱等电器，当然还会运用在发电厂的风机以及抽水机，主要是通过频率调整，实现节能效果[1]。
4 电子技术在谐波治理中的运用
4.1 有源滤波器的实现
有源滤波器(又被称为APF)，故名思意，其工作原理与电压有直接的关系。
有源滤波器的在工作时，通常会首先对补偿目标进行电流以及电压的数据测量，同时对谐波以及无功功率进行计算，最后算出补偿电流的大小，并且保证其余谐波以及无功电流相消除，最后达到获得电源电流的目标。
而在有源滤波器的研究历程中，大功率开关元器件的雏形以及瞬间无功理论的提出，都为其发展提供了宝贵的数据。
但是有源滤波器的开发还是需要太大的成本，而且容量较低，所以目前对于有源滤波器的研究暂时停滞，有的研究则考虑将有源滤波器与无源滤波器进行结合，即研究混合滤波装置的工作职能，这种方法可以有效降低因串联导致的谐振现象，对于有源滤波器的容量要求也没有太高，利于实现[2]。
4.2 有源功率因素校正设备实现
将整流器的电流通过正弦电压处理，就可以得到功率因素的校正。
但是需要建立在一定的电路条件下，即需要一个无源或者有源电路作为基础，前者设计难度相对较小，仅需要控制电流的谐波，即设定电抗性负载;而后者则需要专有的控制系统，利用开关让输入电流转化为正弦电流，以免谐波发生干扰，也是运用较为广泛的一种方式。
有源功率因素校正电路一般会采用升压斩波电路或者Buck-Boost型电路，即根据电感电流进行分析，将有源因数校正设备分为连续导通以及间断导通两种情况。
而目前有源功率因数校正方法的研究已经完成了小功率可控电源的研发，而三相有源功率因素校正技术则还在研究发展阶段，尚未获得广泛运用，不过已经是目前世界电子科研主要的研究目标之一[3]。
5 结语
信息化是目前新时代的特征，而信息技术作为时代的特定产物，也被广泛运用到现在科技中，特别是一些电子通信行业，甚至包含重要的电力行业。
就电力行业而言，其主要的核心在于测量以及调整，特别是对于电力行业的输送电网来说，由于对民众的日常生活以及工业产生发展具有重要的作用，所以其可靠性也是极其重要的。
电网谐波是电力系统中长久以来存在的问题，无论是在电力输送的效率、质量、电网设备的安全以及居民身体健康方面，都存在较大的威胁，而电子技术则在此刻体现出其重要的价值，通过相关的电子技术，可以准确找出谐波的产生以及电网的缺陷，从而通过先进的技术手段进行治理，降低和减轻谐波对电力系统造成的影响，提升输电效率，保证工业正常的生产流程和民众正常的生活。
参考文献
[1] 李建民.浅谈配电网谐波的危害及其治理措施[J].科技创新与应用，2014，12(34)：155.
[2] 张建军，陈磊，毛俊杰.电力系统谐波产生的原因及治理措施分析[J].科技资讯，2014，12(35)：110.
[3] 李江，王义伟，魏超，等.卡尔曼滤波理论在电力系统中的应用综述[J].科技创新与应用，2014，3(6)：136-138.
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