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辽宁工程技术大学实验实训中心

电力系统中的电力电子技术与无功补偿、谐波抑制

刘丹

辽宁工程技术大学电气工程及其控制学院葫芦岛（125000）

E-mail：lllldandan@

摘要：文章论述了电力电子技术在电力系统中的应用与发展，分析了电力系统中的无功和谐波问题，其中包括无功补偿和谐波抑制的基本原理、无功功率的影响和谐波的危害；以及与电力电子技术结合的无功补偿和谐波抑制的新技术及其发展动向；指出电力电子技术与无功功率补偿、谐波抑制是紧密相联的；并分别概述性地介绍电力电子技术在电力系统的发电、输电及配电各环节的应用情况。最后得出了伴随着电力电子技术的发展可以很好地解决其本身的谐波和无功问题的结论。

关键词：电力系统；电力电子技术；无功补偿；谐波抑制；柔性交流输电

Power Systems and Power Electronics reactive power

compensation, harmonic suppression

Liudan

Liaoning Engineering Technology University School of Electrical Engineering and Control

Huludao

Abstracts

This paper dissertated the application and development of electronic technology in the power systems, analyzed some problem of var and harmonics in power systems, including the principles of var compensation and harmonics suppression, influence of var and harm of harmonics, and also dissertated some new technology and development tendency of var compensation and harmonics restraining. It points out that the status of var compensation and harmonic suppression is tightly dependent upon the power electronic technology; and the application of power electronic technology in generate electricity, transmit electricity and distribute electricity was be introduced respectively. At last reached a conclusion that the power electronic technology could resolve the problem of harmonics and

var come from itself company its development.

Keywords:Power systems; Power electronic technology; Var compensation; Harmonics suppression;

1、引言

电力电子技术( Power Electronics Technology )是利用电力电子器件对电能进行变换及控制的一种现代技术，它使电网的工频电能最终转换成不同性质、不同用途的电能，以适应千变万化的用电装置的不同需要[10]。电力电子技术是20世纪后新兴的边缘学科。电力系统是电力电子技术应用的一个重要领域。电力电子技术在电力系统中的应用涉及到提高输电能力、改善电能质量、提高电网运行稳定性、可靠性、控制的灵活性及降低损耗等重大问题。但电力电子技术在推动电力系统发展的同时, 又成为电力系统中最主要的谐波源,并且电力电子装置所产生的谐波污染已成为阻碍电力电子技术发展的重大障碍。它迫使电力电

子领域研究人员对谐波问题进行更为有效的研究,以治理谐波污染，维护电力系统的“绿色环境”[11]。

2、电力系统中的谐波与无功功率问题

2.1 谐波和无功功率的产生

在工业和生活用电负载中，阻感负载占有很大的比例。异步电动机、变压器、荧光灯等都是典型的阻感负载。阻感负载必须吸收无功功率才能正常工作，这是由其本身的性质所决定的。而相控整流器、相控交流功率调整电路和周波变流器等电力电子装置，其交流侧的电流也常常滞后于电压,它们不但要消耗大量的无功功率,还要产生大量的谐波电流[3]。在电工理论中,对纯正弦交流电路定义了3种功率:有功功率P、无功功率Q和视在功率S,它们分别是：P = cos UI

Q = sin UI

S = UI其中，ϕ是电流滞后于电压的相位角。3种功率满足关系:

有功功率P表示瞬时电压与瞬时电流乘积即瞬时功率在一个周波内积分的平均值,其物理意义是交流平均功率,视在功率S 表示电气设备的最大可利用容量,它是电压电流有效值的乘积,工程上作为电气设备功率设计的极限值,其中额定电流由导线截面积和铜耗决定,额定电压由绝缘性能决定,而无功功率表示含储能元件的电路或系统的一种功率互换的幅度,单相电路中的功率互换直接发生在电源与储能设备(电感、电容)之间，三相电路则表现在通过具有储能特性的负载在三相之间来回流动,任一瞬时三相无功之和恒等于零。对于非正弦交流电路来说,电流和电压可进行傅氏分解并表示成级数形式,有功功率和视在功率仍然可表示为:其中，分别为基波和各次谐波电压、电流有效值。

含有谐波的非正弦电路中的无功功率的情况比较复杂，至今没有被广泛接受的科学而权威

的定义。仿照纯正弦电路，可以定义非正弦电路的无功功率为：这里，无功功

率（Q）只是反映了能量的流动和交换，并不反映能量在负载中的消耗。在公用电中，通常电压的波形畸变都很小，而电流波形畸变则可能很大。因此，不考虑电压畸变，研究电压波形为正弦波、电流波形为非正弦波时的情况很有实际意义。由此各功率可表示为：

这里将无功功率分解为两项,其中Q f表示基波电流产生的无功功率, D表示谐波电流产生的无功功率。则功率因数可表示为:

式中，，称为基波因数或波形畸变因数，为基波功率因数或称为位移因数。可见，非正弦电流电路的功率因数不仅取决于基波电流相移，而且与电流波形畸变即谐