第二章：谐波抑制和无功补偿装置详解
谐波抑制和无功功率补偿
谐波抑制和无功功率补偿在电力系统中，谐波抑制和无功功率补偿是两个重要的问题。
谐波是指电力系统中频率为基波频率的整数倍的波动，它会导致电力系统中的电压和电流失真，对设备和电网的正常运行造成不利影响。
无功功率则是指电力系统中的无功电流和无功电压，它不参与能量传输，但却会造成电网的负荷不平衡和电压波动。
因此，谐波抑制和无功功率补偿是电力系统中必须解决的问题。
谐波抑制是指通过采取一系列措施来减小电力系统中的谐波含量，保证电力系统的正常运行。
谐波抑制的方法有很多种，其中最常见的是使用谐波滤波器。
谐波滤波器是一种能够选择性地滤除谐波成分的装置，它通过选择合适的滤波器参数和安装位置，将谐波电流引导到滤波器中，从而减小谐波对电力系统的影响。
此外，还可以采用谐波抑制变压器、谐波抑制电容器等设备来实现谐波抑制。
无功功率补偿是指通过采取一系列措施来消除电力系统中的无功功率，保证电力系统的负荷平衡和电压稳定。
无功功率补偿的方法有很多种，其中最常见的是使用无功补偿装置。
无功补偿装置可以根据电力系统的负荷情况，自动调节无功功率的大小和方向，从而实现电力系统的负荷平衡和电压稳定。
此外，还可以采用无功补偿电容器、无功补偿电抗器等设备来实现无功功率补偿。
谐波抑制和无功功率补偿在电力系统中的应用非常广泛。
首先，它们可以提高电力系统的供电质量。
谐波和无功功率的存在会导致电力系统中的电压波动和电流失真，影响电力设备的正常运行。
通过采取谐波抑制和无功功率补偿措施，可以减小电力系统中的谐波含量和无功功率，提高电力系统的供电质量。
其次，谐波抑制和无功功率补偿还可以提高电力系统的能效。
谐波和无功功率的存在会导致电力系统中的能量损耗和电网负荷不平衡，降低电力系统的能效。
通过采取谐波抑制和无功功率补偿措施，可以减小电力系统中的能量损耗和电网负荷不平衡，提高电力系统的能效。
最后，谐波抑制和无功功率补偿还可以提高电力系统的稳定性。
谐波和无功功率的存在会导致电力系统中的电压波动和电流失真，影响电力系统的稳定性。
无功补偿中对谐波的抑制作用及电抗率的选择及电容器的端电压计算
电容器的端电压计算、电容器的端电压计算 Ucn ； Ucn=Uxn 心-电抗器的电抗率%）【Ucn 为电容器的额定端电压、 Uxn 为电网的线电压】，注；抑制5次以上的谐波时，电抗器的电抗率取4.5%〜6%，抑制3次以上的谐波时，电抗器的电抗率取12%，所以在选择无功补偿有电抗器时电容器一定要注意其端电压的选择。
②、电容器回 路电流的计算；lcn= Uxn/（1-电抗器的电抗率%）【Icn 为电容器的回路电流、Uxn 为电网的线电压】，所以 在选择其熔断器及热继电器时一定要把这时的电流一并考虑进去。
③、电抗器的电抗率 %是指串联电抗器的相感抗Xln 占电容器的相容抗 Xcn 的百分比，电容器回路线电流的计算； Icn=Qc/UxnV3=Uxn/ XcnV3 。
Xcn= Uxn2/ Qc 。
④、电容器串联电抗器后，其无功补偿的补偿量 =1.062 Qc ，提高了 6.2%。
⑤、并联电容器可以长期允许运行在1.1倍的额定线电压下。
a 、电抗器的电抗率为6%时，则电容器的端电压升高6.4%。
b 电抗器的电抗率为 12%时，则电容器的端电压升高 13.6%。
无功补偿中对谐波的抑制作用及 电抗率的选择随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，如低压它是以开关方式工作的，会引起电网电流、电压波形发生畸变，从而引起电网的谐波“污染”。
产生电网谐波“污染”的另一个重要原因是电网接有冲击性、 大型轧钢机、电力机车等，它们在运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且会使电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重。
这不仅会导致供用电设备本身的安全性降低,与电容器组任意组合， 更不能不考虑电容器组接入母线处的谐波背景。
器抑制谐波的作用展开分析，并提出电抗率的选择方法。
1谐波的产生及其主要构成成分小容量家用电器和高压大容量的工业用交、直流变换装置，特别是静止变流器的采用，由于波动性负荷，如电弧炉、 而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，形成了对电网的“公害”。
谐波抑制的方法及其特点
谐波抑制的方法及其特点谐波抑制是指在电力系统中，通过各种技术手段来减小或消除系统中的谐波，以保证系统的稳定运行和电能质量的提高。
谐波对电力系统的影响主要表现在电源侧产生电能浪费、设备过热和电力系统的持续稳定性等方面。
下面将介绍一些常用的谐波抑制方法及其特点。
1.无功补偿方法无功补偿是通过在电力系统中引入无功电流，通过与谐波电流进行干涉或互相对抗来实现谐波抑制的目的。
根据无功补偿方式的不同，可以分为静态无功补偿和动态无功补偿两类。
静态无功补偿是指通过在电力系统中连接静止的无功补偿装置，如电容器组或者电感器组，并采用并联或者串联的方式补偿谐波功率。
静态无功补偿适用于较小规模、较低谐波频率的谐波问题。
特点是结构简单、投资成本低，但对谐波的抑制能力有一定限制。
动态无功补偿是指通过在电力系统中连接可以根据网侧电压和电流动态调整的电力电子装置，来实时地进行无功补偿。
动态无功补偿器可以根据谐波电流的频率和相位进行自适应地补偿。
特点是可靠性高、补偿能力强，适用于大规模、高谐波频率的谐波问题。
2.谐波滤波器谐波滤波器是一种通过滤除谐波电流或电压来实现谐波抑制的设备。
它由各种谐波滤波器元件（如电感、电容器、电阻等）组成，通过选择适当的元件参数和连接方式，可以在不同频率的谐波上实现良好的抑制。
谐波滤波器可以分为被动滤波器和主动滤波器两种。
被动滤波器是指通过合理选择谐波滤波器的元件参数和连接方式，在电力系统的敏感载荷端或供电侧连接谐波滤波器，以吸收或滤除谐波电流或电压。
被动滤波器结构简单、可靠性高，但对谐波内容和负载变化敏感，需要定期维护和调整。
主动滤波器是指通过控制电力电子开关装置工作时序，实时地感知谐波电流并进行相应的抗谐波干涉，以达到谐波抑制的目的。
主动滤波器具有自适应性强、动态响应速度快、滤波能力强等特点，适用于高谐波内容、频率变化较大的系统。
3.绝缘调频（PWM）技术绝缘调频技术是一种通过采用电力电子器件，通过调节电压和电流的幅值、频率和相位等参数，实现对谐波的抑制。
谐波抑制和无功补偿
绪论电能质量的好坏，直接影响到工业产品的质量，评价电能质量有三方面标准。
首先是电压方面，它包含电压的波动、电压的偏移、电压的闪变等；其次是频率波动；最后是电压的波形质量，即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率，也就是谐波所占的比重。
我国对电能质量的三方面都有明确的标准和规范。
随着科学技术的发展，随着工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。
它不仅增加了电网的供电损耗，而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行，造成了这些装置的误动与拒动，直接威胁电网的安全运行。
举个常见的例子来说，电子节能灯在使用量所占比重较小的电网中运行，的确比常用的白炽灯好，不仅亮度高又省电，而且使用寿命也长。
但是相反，在大量投运节能灯后，就会发现节能灯的损坏率大大提高。
这是由于节能灯是非线性负荷，它产生较大的谐波污染了这一片电网，造成三相负荷基本平衡情况下，中心线电流居高不下，造成了该片电网供电质量下降，用电设备发热增加，电网线损增加，使得该区的配变发热严重，严重影响其使用寿命。
因此我们对非线性用电设备产生的谐波必须进行治理，使谐波分量不超过国家标准。
第一章 基础概念1.1 电力系统的组成电力系统是由发电、输电、用电三部分组成。
其中过程为发电厂发电经升压变压器升压并网，再由输电网络输送的各个变电站，变电站进行降压后输送给各个用户，用户经过再一次降压后给用电设备供电。
主要设备为发电机、升压变压器、输电网络、降压变压器、用电设备及二次保护系等组成。
发电机的电压等级一般为6KV 、10KV ，输电网络为110KV 、220KV 、500KV ，配电网络为10KV 、35KV ，用电设备一般为380V 、220V 。
我国电力系统采用三相50HZ 交流供电。
1.2 功率的概念在供电系统中，通常总是希望交流电压和交流电流时正弦波形（不含有谐波的情况下），正如电压为：()ωt U t U sin 2=式中 U ------电压有效值ω--------角频率f πω2=f ---------频率 (50HZ) 正弦电压施加在线性无源负载上如电阻、电容、电感上时，其电流的表达式为：()()ϕ-=ωt I t I sin 2I --------电流有效值φ--------相位角 电压和电流的关系从相位图上看如：（绿色为电压，红色为电流）电流相位角φ>0时，为电流滞后电压，负载呈现为感性（如电动机）电流相位角φ<0时，为电流滞后电压，负载呈现为容性（如无功补偿器）视在功率为： UI S = （KV A ）有功功率为：ϕcos UI P = (KW)无功功率为：ϕsin UI Q = （Kvar ）在正弦交流电路中，有功功率P 是用来做功的，是负载消耗掉的真正的功率。
整流系统无功补偿和谐波抑制
线容量增加 ， 电力用户的启动及控制设备 、 测量仪表
的尺 寸和规 格也要 增 大 。
２ 无功补偿及谐波抑制
功率 因数是企业经济运行 的重要技术指标之
一
（） ２ 无功功率增加使总 电流增 大， 设备及线路 的损耗增加 。 （） ３ 线路及变压器的电压降增大。如果是冲击 性无功功率负载 ， 还会使电压产生波动。
并联电容器是为提高功率因数而普遍采用的方 法。提高功率因数常采用电容器高压集中补偿和
低压分散补偿相结合的原则。高压集 中补偿可提高
网侧的功率因数， 保证发电和电网的安全稳定运行 ， 满足供电部门对用户用电功率因数必须在 ０ ９以上 ． 的要求 ； 同时， 功率 因数越高 ， 电能利用就越合理、 越 经济。低压分散补偿 可减少线 路能量损耗 ， 减少线
（ 安徽八一化工股份有限公司， 安徽 蚌埠 ２３０ ） ３００
［ 关键词］整流 系统 ； 率因数 ； 功 谐波抑制 ； 电容器 ； 电抗器 并联 串联
［ 要］ 摘 分析了整流系统无功负荷和高次谐波带来的问题 ， 提出了提高功率因数的方法和谐波抑制措施。
［ 中图分类号 ］ Ｍ ６ Ｔ ４ ［ 文献标识码 ］ Ｂ ［ 文章编号］１０ — ３Ｘ ２０ ）１ ０１ — ２ ０８ １３ （０６ １ ＂ ０３ ０
１ 无功功率的影 响和谐波 的危 害
１ １ 无功功率对电网的影响 ． （） １ 无功功率增加会导致电流增大和视在功率 增加 ， 使发电机 、 变压器及其他电气设备的容量和导
的其他用电设备带来危害 ， 并增加功率损耗 。 （） ３ 谐波对变压器的危害 谐波源的谐波 电流流人变压器时 ， 主要是增加 了其铁损和铜损。随着谐波频率的增大， 集肤效应 更加严重， 其铁损也更大。
谐波抑制和无功功率补偿
谐波抑制和无功功率补偿引言在电力系统中，谐波和无功功率是常见的问题，它们会导致电网的不稳定性、能源浪费和设备损坏等一系列负面影响。
因此，谐波抑制和无功功率补偿成为了电力系统优化和能源管理的重要课题。
本文将详细介绍谐波抑制和无功功率补偿的概念、原理、方法以及应用。
谐波抑制概念谐波是指在电力系统中频率为基波频率的整数倍的波形成分。
谐波的产生主要是由非线性负载设备引起的，例如电弧炉、电子设备等。
谐波会导致电压和电流的波形失真，进而影响电力系统的稳定性和设备的正常运行。
谐波抑制是指通过采取措施，减少或消除电力系统中的谐波成分，使电力系统的波形恢复正常，保证电力质量和设备的正常运行。
原理谐波抑制的原理主要包括两个方面：滤波和控制。
1.滤波：通过在电力系统中引入谐波滤波器，对谐波成分进行滤波，将谐波成分从电力系统中分离出来。
常用的谐波滤波器包括谐波阻抗滤波器、谐波电抗滤波器等。
2.控制：通过控制非线性负载设备的工作方式和参数，减少其对电力系统的谐波污染。
常用的控制方法包括谐波限制技术、谐波消除技术等。
方法谐波抑制的方法主要包括被动方法和主动方法。
1.被动方法：被动方法是指通过谐波滤波器等被动设备来实现谐波抑制。
被动方法具有成本低、稳定可靠等优点，但其抑制效果受到负载变化和谐波频率变化的限制。
2.主动方法：主动方法是指通过控制设备的工作方式和参数来实现谐波抑制。
主动方法具有灵活性强、抑制效果好等优点，但其成本较高。
应用谐波抑制广泛应用于电力系统中，特别是对于需要保证电力质量和设备正常运行的场合。
例如，工业生产中的电弧炉、电子设备等非线性负载设备常常会引起谐波，需要采取谐波抑制措施。
此外，谐波抑制也在电网规划、电力设备设计等领域得到广泛应用。
无功功率补偿概念无功功率是电力系统中的一种特殊功率，它与电压和电流之间的相位差有关。
无功功率的存在会造成电网电压的波动和能源的浪费，因此需要进行补偿。
无功功率补偿是指通过采取措施，使电力系统中的无功功率达到平衡，提高电网的稳定性和能源利用效率。
谐波抑制和无功功率补偿
谐波抑制和无功功率补偿有关谐波的数学分析早在18世纪和19世纪已经有了良好的基础，傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。
电力系统的谐波问题在20年代和30年代就引起了人们的注意，可见在当时，人们就已经注意到随着电力电子的发展，谐波的问题就越来越明显。
五六十年代，由于高电压直流输电技术的发展，人们对变流器引起的电力系统谐波问题开始了研究.七十年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统中应用，以及在工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波的危害也越来越严重。
为了解决电力电子装置和其它谐波源的谐波污染问题，目前的方案有两种。
其一是装设补偿装置，其二是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波。
本文所研究的是第一个方案，传统的装置补偿方式就是设置LC滤波器，这种方法既可补偿谐波，也可补偿无功功率，且结构简单，其缺点是补偿时易和系统发生串、并联谐振，导致谐波电流放大，使装置损坏。
另外LC滤波器只能补偿固定频率的谐波，且补偿效果不理想，但目前国内仍广泛应用.目前谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器（Active Power Filter APF）基本思想是在本世纪三十年代形成的。
八十年代以后，由于大中功率全控型半导体器件的成熟，脉冲宽度调制(PWM)控制技术的进步以及基于瞬时无功功率理论的谐波电流瞬时检测方法的提出，有源电力滤波器得到了迅速发展，在国外已经进入实际应用阶段，在国内也进入研究阶段。
第二节谐波和无功功率的产生和危害1.2.1谐波的产生在工业和生活用电负载中，阻感负载占有相当大的比例，异步电动机、变压器、荧光灯等都是典型的阻感负载。
其中异步电动机和变压器所消耗的无功功率在电力系统中所提供的无功功率占有很高的比例，同时电抗器和架空线消耗一些无功功率。
阻感负载必须消耗无功功率才能工作，这是其本身性质决定的。
公共电网的谐波源是各种电力电子装置、变压器、发电机、电弧炉和荧光灯。
谐波抑制与无功功率补偿PPT课件
一、谐波的基本概念、产生与危害
1、谐波畸变
波形畸变是由电力系统中的非线性设备引起 的，流过非线性设备的电流和加在其上的电压不 成比例关系。图1-1给出了在一个简单的非线性 电阻上施加正弦电压的例子，非线性电阻上电压 和电流的关系随所给出的特性曲线变化。虽然该 电阻上所加电压是理想正弦波，但流过其中的电 流却是非正弦的，即出现了谐波畸变问题。当电 压有较小增加时，电流可能成倍增加，并且其波 形也将发生变化。
18
一、谐波的基本概念、产生与危害
i i()
i i(t)
0
34
0 12
t
0
1
2
(t)
3
4
t
图1-3 电压磁通为正弦波时变压器励磁电流波形
19
一、谐波的基本概念、产生与危害
整流装置
u
id
V1
ud
i
u
ud
Z
V4
V2
id
Id
0
ωt ωt
Id
ωt
i0
ωt
（ a ） 原 理 接 线 图 ；
（ b ） 电 压 、 电 流 波 形
谐波电流放大 状况
轻度放大 严重放大 谐振 严重放大 轻度放大 完全滤波 分流
主系统电流 电容器电流
1～2 2～+∞ ∞ －∞～－1 －1～0
0
0 sh 1
0～－1
－1～－∞
Hale Waihona Puke ∞+∞～2
2～1
1
0 sh 1
27
二、谐波谐振与放大
2、三次谐波问题
通常认为，3及其倍数次谐波分量在变压器的三角形 绕组中短路、环流，线路中没有这些分量。事实上变压 器本身就是一个以3、5次谐波为主的谐波源。由于Y，d 变压器的三相磁路并不完全对称，同时三相电源电压不 仅在幅值上有差别，而且在相位上也不是准确地相差 120度
谐波和无功功率补偿技术基本原理PPT
可解决的问题
谐波
有源电力滤波器 （APF）
( 缺口 ) 稳态过电压 、欠电压 ( 电压波 动) 闪变 三相 不对称
10/
1.1.5 用于电能质量控制的 新型电力电子装置
可解决的问题
动态电压恢复器 （DVR）
电压幅度凹陷 电压幅度凸升 ( 短时中断 )
11/
1.2 谐波与无功简介
1.2.1 谐波问题及研究现状 1.2.2 谐波抑制
设a相电压所含的n次谐波为
uan 2Un sin(nt n )
ubn 2Un sin(nt 2n / 3 n u ) 2Un sin(nt 2n / 3 n )
cn
则b、c相电压所含n次谐波就分别为
34/
2.1.2 谐波分析
对上面各式进行分析，可得出以下结论
13/
1.2.1 谐波问题及研究现状
谐波研究的意义 – 谐波的危害十分严重； – 影响电力电子技术自身发展； 环保，建立“绿色”电力系统。
谐波问题的研究方向
1) 2) 3) 4) 谐波相关的功率定义和功率理论； 谐波分析以及谐波影响和危害的分析； 谐波的补偿和抑制； 谐波相关的测量和限制谐波标准问题。
2.1.1 谐波的基本概念 2.1.2 谐波分析
谐波抑制和无功功率补偿 第3版引用
谐波抑制和无功功率补偿第3版1. 引言在电力系统中，谐波和无功功率问题一直是值得关注和解决的重要议题。
谐波是电力系统中的一种频率不同于基波频率的电信号，它会引起电流和电压的畸变，导致系统的稳定性下降，甚至会对电力设备造成损坏。
而无功功率则是由于电力设备的电感或电容性质引起的，当无功功率过多时会导致系统的效率低下，影响能源的有效利用。
为了解决谐波和无功功率问题，谐波抑制和无功功率补偿技术应运而生。
通过合适的控制手段和设备，我们可以消除系统中的谐波，提高电力系统的稳定性；同时，通过无功功率补偿技术，可以有效地减少无功功率的损耗，提高电力系统的运行效率。
本文将详细介绍谐波抑制和无功功率补偿技术的原理、方法及其在电力系统中的应用。
2. 谐波抑制技术2.1 谐波的成因和危害谐波是由非线性负载引起的，常见的非线性负载包括电弧炉、变频器、电子设备等。
这些非线性负载会导致电流的非正弦波形，并产生频率不同于基波频率的谐波成分。
谐波电流和电压的畸变会导致电力系统中出现以下问题：•降低系统的功率因数•增加传输线路和变压器的损耗•引起设备的振动和噪声•影响电力设备的寿命和可靠性2.2 谐波抑制技术的原理谐波抑制技术的原理是通过合适的控制手段，使谐波电流和电压的畸变降到最小，从而达到抑制谐波的目的。
常用的谐波抑制技术包括：•谐波滤波器：谐波滤波器通过选择性地阻抗谐波电流和电压，从而将谐波成分从电力系统中滤除。
•谐波抑制电容器：谐波抑制电容器通过与谐波负载并联，形成回路并产生电流相位差，从而抵消谐波电流。
•变压器：通过使用具有特定设计的变压器，可以有效地抑制谐波电流和电压，降低谐波对电力系统的影响。
2.3 谐波抑制技术的应用谐波抑制技术广泛应用于电力系统中，特别是在工业领域。
一些典型的应用场景包括：•电弧炉：电弧炉是非线性负载的代表，其产生的谐波对电力系统的影响极大。
通过安装谐波滤波器或使用谐波抑制电容器，可以有效地抑制谐波，提高电力系统的稳定性。
无功补偿及谐波治理装置介绍
静止无功补偿器SVC（主要用在高压场合）SVC装置主要由TCR（MCR）及FC两部分组成，即SVC=FC+TCR。
以TCR型SVC为例说明SVC工用原理（如下图所示）。
FC回路兼顾滤波及提供固定的容性无功功率Q FC ,TCR回路则通过控制晶闸管的触发角α的大小改变流过相控电抗器的电流，从而改变相控电抗器输出的感性无功Q TCR。
感性无功与容性相抵消，只要能做到系统无功Q=Q lod(负载所需）-Q FC+Q TCR≈0或常数，则能实现电网功率因数=常数，电压几乎不波动。
由于调节器的动态响应速度非常快，响应时间<10ms，即实现了无功功率的实时动态补偿。
特别对于三相交流电弧炉负载，可使其产生的电压波动与闪变被抑制到最小。
同时具有分相调节功能，使三相交流电弧炉等负荷的不平衡负载得以平衡，电网的负序分量被抑制到最小。
TCR型SVC组成及其技术特点TCR型SVC装置由控制保护监控系统、晶闸管阀组、冷却系统、相控电抗器、滤波电容器组及各种附件组成。
1、控制保护监控系统基于DSP的阀控实现数字控制信号的并行处理，动态响应块、控制精度高、实现了实时控制量的计算；采用光电触发和检测方式、高电位板集成、BOD保护，系统抗干扰能力强，保护可靠；微机实时监控TCR晶闸管运行状况，及时报警与保护，使设备运行可靠；控制系统通过测量、比较、放大、移相触发环节，按控制策略产生晶闸管开关所需要的触发脉冲，控制其触发角大小，调节补充电抗器的电流，达到所要求的无功功率；整套控制保护监控系统具有较强的抗干扰能力；控制灵活，可实现三相同时控制、分相控制和三相平衡化等多种控制方式，具备远方操作和自动化系统接口功能，可以实现无人值守。
2、晶闸管阀组高压晶闸管组采用成串反并联压接方式，能承受SVC装置的最大过流/过压水平和较高的dv/dt，di/dt水平，并结合电抗器实现良好的动态响应，阀组采用高电位电路板取能，空气绝缘，BOD保护，使晶闸管免受过电压冲击而损坏。
谐波抑制和无功补偿
谐波抑制和无功补偿随着电力设备的广泛应用和电力负荷的不断增加，电力系统广泛存在一些问题和挑战。
谐波和无功是电力系统中最常见的问题之一，它们可能导致系统的能效降低、设备故障、甚至增加运营成本。
因此，谐波抑制和无功补偿变得非常重要。
一、谐波抑制大量非线性负载，如整流装置、变频器、电器开关、电弧炉等，会引起电力系统中的谐波。
谐波会导致设备间相互干扰、电网压力失稳、设备寿命缩短以及其他一些问题。
因此，必须采取措施来减小或消除这种负面影响。
一种解决谐波问题的常见方法是使用谐波滤波器。
谐波滤波器的常见类型有串联谐波滤波器和并联谐波滤波器。
串联谐波滤波器是将滤波器直接连接到非线性负载上，而并联谐波滤波器则是将滤波器直接连接到电源系统的公共点或母线上。
值得注意的是，谐波滤波器不是万能的解决方案。
如果选择不当或性能不良的谐波滤波器，则可能导致负面影响、降低系统的稳定性和增加故障率。
因此，在选择谐波滤波器时，应该非常谨慎。
二、无功补偿在电力系统中，许多负载的功率因数是附加电容性的。
这意味着负载消耗的电能不仅包括有用的能量，也包括无用的能量，减少了电力系统的能效。
此外，功率因数低的负载会造成额外的负担，影响了电力系统的稳定性和可靠性。
因此，无功补偿被广泛应用于电力系统中。
无功补偿系统可以消除电力系统中产生的附加电容性负荷和电感性负荷，并提高电力系统的能效。
常见的无功补偿设备包括电容器、静止无功发生器以及静止无功调节器。
其中，电容器一般用于补偿电容性负荷，而静止无功发生器和静止无功调节器则用于补偿电感性负荷。
需要注意的是，无功补偿也面临与谐波抑制相同的问题。
谐波会影响无功补偿设备的性能和稳定性。
因此，在设计无功补偿系统时，必须考虑谐波过滤带来的影响。
总结电力系统中的谐波和无功问题不能被忽视。
谐波滤波器和无功补偿设备是常见的解决方案，它们可以降低电力系统的功耗和故障率，并提高能效。
在设计谐波滤波器和无功补偿设备时，应该注意选择质量可靠的设备，并避免谐波产生的影响。
谐波治理及无功补偿方案参考
一、概述：1、无功补偿的意义1、补偿无功功率可以增加电网中有功功率的比例常数2、减少发供、电设备的设计容量,减少投资,例如当功率因cosΦ=增加到cos4=时,装1Kvar电容器可节省设备容量；反之,增加；对原有设备而言,相当于增大了发、供电设备容量.因此对新建、改建工程,应充分考虑无功补偿,便可以减少设计容量,从而减少投资.3、降低线损,由公式△P%=1-cosΦ/cosΦX100%得出其中cosΦ为补偿后的功率因数,cosΦ为补偿前的功率因数则cosΦ>cosΦ,所以提高功率因数后,线损率也下降了.减少设计容量,减少投资,增加电网中有功功率的输送比例,以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益,所以功率因数是考核经济效益的重要指标规划、实施无功补偿势在必行.2、谐波治理的意义1、谐波的产生近年来,电力电子装置应用日益广泛,但它们也是最严重、最突出的谐波源,在各种电力电子装置中,整流装置所占的比例最大.整流电路是一种将交流电能转换为直流电能的变换器.变频装置是一种前段将交流电能变换为直流能的变换器,它在生产过程中必然会产生较大的谐波,且功率因数达不到的要求.变频装置是三相桥式,整流后是6脉动的,根据谐波理论分析,它产生的特征谐波为5、7、11、13、17、19……次,表达方式为h=6N±1N=1,2,3,4,…正整数,特征谐波的电流与基波电流关系为：Ih =I1/h.变频装置在额定运行时,产生的5次谐波对基波含有率通常低于15%,7次低于8%,11次低于5%,13次低于2%.在负荷较小时,虽然谐波含有率较高,但实际向电网注入的谐波电流并不大,同时11次及以上高次谐波虽然与低于7次的谐波电流相比数值较小,但由于低压侧短路容量较小,其阻抗相对较大,故对谐波电压含有率及低压侧波形畸变率影响较大.所以11次以上谐波对电网影响不容忽视.2、谐波的危害变频装置产生的谐波电流,对系统可产生较大的影响,它不仅会产生较大的发热损耗,而且会加速电气设备的绝缘老化,特别是对电缆、变压器运行、电机运行非常不利.此外,产生谐波严重时,也会对自动控制系统和保护装置产生干扰,使其误动作,影响电网的正常安全运行.此外,谐波也会对变电站和其它用户的无功补偿电容器产生严重的影响,使其不能投运,若投运可产生谐波放大,严重时将烧坏设备,这在以后运行时特别注意,变电站和用户不要投入无谐波抑制的电容器组.二、某公司谐波治理及无功补偿方案1、某公司,使用变压器1250KW三台,负载是六脉中频炉,产生大量谐波注入电网,其他设备使用3150KVA变压器两台,主要是负载变频器,大功率电动机,同样产生谐波和需要无功功率补偿.谐波治理及无功补偿采取分散、集中治理谐波方法,即在谐波源总负荷前端安装谐波治理设备,这样就治理整个电网的谐波,谐波治理及无功补偿效率高,投资少.2、某公司,1250KVA变压器负载中频炉同时使用两台,谐波治理及无功补偿设备也采用两套.现场每台中频炉运行参数如下根据以往测试其他设备状况：输入功率：1250KW输入电压：660V功率因数：电压谐波畸变：15%左右具体需要现场实测.以实际测量为主.3、两台3150KVA变压器,负载形式较多,有变频器,电动机；根据通用电网数据,功率因数大约在左右,由于变频器使用较多,谐波畸变大约在10%左右.谐波治理及无功补偿形式,每台变压器3150KVA配一套谐波治理及无功补偿设备.实际情况测试后具体确定.三、谐波治理和无功补偿遵循标准国内外经验表明当电压波形畸变率在大于8%时对电子设备和运行中电气设备造成较大影响,大于10%时对其它用户电气设备有严重影响.在这种工况下,纯无功补偿电容器根本不能投运,对电缆、变压器等设备使用寿命有不良影响,产生大量的谐波电流会造成谐波发热损耗.因此,有必要加以治理.在进行设计低压滤波器时,通常应结合实际情况,给出具体的设计要求和谐波源及设备的运行资料.根据了解的负荷情况,我们拟采取在谐波治理的同时结合全厂的无功补偿需求,使谐波指标满足国标,同时实际功率因数达到左右.装置设计遵守的标准为满足国标规定的技术规范要求：1．GB12326-2000 “电能质量电压波动和闪变”2．GBH14549 “电能质量公用电网谐波”3．DLH599-1996 “城市低压配电网改造技术导则”“标称电压10V及以下交流电力系统用非自愈式并联电容器”综合治理后达到的性能参数满足国标规定要求1使得谐波源向系统注入电网的各次谐波电流符合国标要求,在负荷达到额定运行时,总畸变含量：U≤5%,In≤10%.N2无功补偿及滤波装置运行时不会对其它电气设备产生不良影响和干扰,设备自身安全可靠运行.3补偿后力率在左右,本次方案无具体指标要求,且不向系统倒送无功.4装置采用自动投切,跟踪负荷进行自动补偿,当负荷全停时,装置将自动全停.四、具体滤波和补偿方案的确定1滤波谐波和谐波电流的确定从一般交流供电的直流系统设计原理可知,它是通过三相桥式整流装置进行整流来获得直流电流的,三相桥式整流装置正常运行必然产生较大的谐波电流,且功率因数也达不到经验值在左右的要求,一般三相桥式整流设备在正常运行工况下,产生的谐波电流主要是5、7、11、13、17、19……次,它的主要特征谐波为h=6K±1,K正整数,产生的特征谐波电流与基波电流关系为：Ih=I1/h.考虑到控制器运行燃弧角或换向角的影响,装置负荷在额定负荷运行时,产生的5次谐波对基波含有率通常低于20％,7次低于14％,11次低于9％,13次低于7％.在负荷较小时,虽然谐波含有率较高,但实际向电网注入的谐波电流并不大,同时11次以上高次谐波虽然与低于7次以下的谐波电流相比数值较小,但由于低压侧短路容量较小,其阻抗相对较大,故对谐波电压含有率及低压侧波形畸变率影响较大,这是滤波器设计时的一个矛盾,直接影响到运行效果和设计成本.由此可知,其产生的谐波电流主要是5次谐波,7次相应次之,11、13次及以上相对较小,但考虑到11次以上高次谐波对电压畸变率的贡献影响,对11次也需加以限制,实际滤波支路将以5次为主,7次为辅,同时考虑11次以上的高通滤波.另外,还需防止对3次和其它谐波的放大影响,这在各支路设计通盘考虑.现场谐波源由三台400KW中频电源及其他一些小负载产生,预计产生谐波源总负荷1500KW,根据现场情况,采用集中治理谐波方法,即在谐波源总负荷前端安装谐波治理设备,这样就治理整个电网的谐波.五、原先补偿实例：1250KVA补偿装置投切前后母排上的各次谐波电压畸变率的统计数据如下表所示：表1 投切前后母线谐波电压统计值1）测试曲线图2 电压变化曲线图3 电流变化曲线图4 A相有功变化曲线图5 A相无功变化曲线图6 功率因数图7 电压总畸变率及主要谐波电压变化曲线％图8 总畸变电流及主要谐波电流变化曲线A 1)滤波装置投入前后电压、电流波形图9 滤波装置投入前电压、电流波形图10 滤波装置投入后电压、电流波形4测试结论滤波补偿装置投运,有效地滤除了大量的谐波电流,使主要的5、11次谐波电流由212.3A、69.3A降低为59.8 A、42.3A,注入系统的谐波电流已控制在国标允许范围内.滤波补偿装置的投入,谐波电压畸变得到了很大的改善,605炼胶变低压侧的电压波形总畸变率由未投时的%,降低到%；606炼胶变低压侧的电压波形总畸变率由未投时的%,降低到%.各次谐波电压含有率也在标准规定范围内.可见,滤波装置的投运效果非常显着.滤波补偿装置投入后,功率因数也得到了很好的补偿,605炼胶变低压侧的功率因数从提高到左右,606炼胶变低压侧的功率因数从提高到左右,运行经济效益十分可观.滤波补偿装置投入后,低压侧母排的电压提高了6～10V,负荷电流减少了600～800A.经调试投运后,滤波补偿装置稳定可靠,可长期投入运行.上表实测值来源于福建省电力试验研究院电能质量测试报告,根据上表考虑值就是实际运行时允许流入滤波支路中的额定谐波电流,在短时内允许有倍的过电流.也就是我们设计的高效滤波支路可将此谐波电流90%以上谐波消除.实际考虑各支路相互影响后,应根据一定的经验数据进行设计.。
无功补偿装置的介绍
2
开关的选型
1.接触器；2.调节器； 3.复合开关
3
补偿元件的选型
1.电容器； 2.电抗器与电容器组合；3.电抗器
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2. 谐波抑制
谐波抑制的意义
谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产、传 输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生震动 和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生 故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或 串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧
毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使
电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通 信设备和电子设备会产生严重干扰。
混合补偿
为了使补偿达到较好状态，分补与共补通常会组合使用。 这样就可以保证设计容量，又能兼顾了三相不平衡带来的 无功损耗，而且成本相对全分补节约不少，已逐步在各地 推广开来。
二、无功补偿装置的部件
•1. 控制器
控制器
该系列产品以高性能单片机为中心 控制单元，高速A/D转换器进行真 有效值转换，测量精度高，多项电 量显示，抗干扰能力强，工作性能 稳定。以无功功率为控制量，运行 时无投切振荡，无补偿呆区。大数 字液晶显示屏显示电压、电流、无 功功率和功率因数，便于远距离观 察．适用于箱式变电站和标准屏式 中的电容补偿．
二、无功补偿装置的部件
• 2. 开关
可快速切断交流与直流主回路和可频 繁地接通与大电流控制电路的装置。
接触器
调节器
电子式无触点可控硅电容投切装置， 适用于容性和感性负载的通断控制。
复合开关
在可控硅电压过零时刻投入电容，然 后触点闭合，可控硅退出，电容器在 触点下运行。实现了投入电容无涌流， 触点下运行不发的基本原理：电网输出的功率包括两部分;一 是有功功率;二是无功功率。直接消耗电能,把电能转变为 机械能,热能,化学能或声能,利用这些能作功,这部分功率 称为有功功率;不消耗电能;只是把电能转换为另一种形式 的能,这种能作为电气设备能够作功的必备条件,并且,这种 能是在电网中与电能进行周期性转换,这部分功率称为无功 功率,如电磁元件建立磁场占用的电能,电容器建立电场所 占的电能.电流在电感元件中作功时,电流滞后于电压90°. 而电流在电容元件中作功时,电流超前电压90°.在同一电 路中,电感电流与电容电流方向相反,互差180°.如果在电 磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵 消,使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小。
无功补偿和谐波治理基本原理和方法
无功补偿和谐波治理基本原理和方法无功补偿和谐波治理是电力系统中的重要技术手段，对保障电力系统的稳定运行和优化电能质量具有重要作用。
本文将就无功补偿和谐波治理的基本原理和方法进行阐述。
一、无功补偿的基本原理和方法无功补偿是指通过在电力系统中加入一定的无功功率，以调节系统功率因数，提高电力系统的功率因数或者改善电力负载的无功状态，从而减小无功功率的损耗和电力负荷的无功波动。
无功补偿可以分为静态无功补偿和动态无功补偿两种形式。
静态无功补偿一般采用的是电容器或者电感器进行补偿。
当电力系统中存在较多的感性负载时，会导致系统的功率因数较低，造成无功功率的浪费。
此时可以通过并联连接电容器，来产生与感性负载相抵消的电感负载，从而提高整个系统的功率因数。
同样的，当电力系统中存在较多的容性负载时，可以通过串联连接电感器进行补偿。
动态无功补偿主要采用的是无功定子励磁方式，即在电力系统中加入特定的功率电子器件和控制策略，通过动态调节电力系统的功率因数，实现无功功率的补偿和优化。
常用的动态无功补偿设备有STATCOM（静态同步补偿器）、SVC（静态无功补偿装置）和SVG（静态无功发生器）等。
二、谐波治理的基本原理和方法谐波是指电力系统中频率是整数倍关系的波动，一般表现为电压和电流的波形畸变。
谐波问题会对电力系统的安全稳定运行产生不良影响，并且会给电力设备带来电力损耗、发热和振动等问题。
谐波治理的基本原理是通过采取一定的措施，减小电力系统中谐波的水平，提高电能质量和设备的可靠性。
常见的谐波治理方法包括滤波、变压器设计、谐波抑制器和谐波发生器等。
滤波器的作用是通过选择性地吸收特定频率的谐波，以减小谐波的水平，保证电力系统的正常运行。
根据电力系统中谐波的特点，滤波器可以分为谐波电流滤波器和谐波电压滤波器。
变压器设计也是一种常见的谐波治理方法。
通过在变压器中加入一定的谐波制约器件和调整变压器参数，可以减小电力系统中谐波的水平。
此外，还可以通过调整电力系统的耦合方式和变压器的接线方式，来降低谐波水平。
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（1）同步发电机 调整励磁电流，使其在超前功率因数 下运行，输出有功功率的同时输出无功功率。 （2）同步调相机 一种专门用来产生无功功率的同步电 机，是一种不带机械负载的可以过励磁（经常的运行状 态）或欠励磁（较电少力工的程运技术行协会状，态商务）合作运，技行的同步电动机。
5.晶闸管开关电容器组加晶闸管控制电抗器 （TSC+TCR）
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用电装置的非线性造成畸变电流；
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二、无功功率的影响和谐波的危害
1、无功功率的影响 （1）使设备容量增大，从而造成设备投资费用增大； （2）设备及线路损耗增加； （3）引起供电点电压波动。
2、谐波的危害 （1）谐波使公用电网中的元件产生附加谐波损耗，降 低了发电、输电及用电设备的效率； （2）谐波影响电器设备正常工作； （3）谐波会导致公用电网局部并联谐振和串联谐振， 从而更放大了谐波，加剧了危害； （4）谐波导致自动装置误动作，使测量仪表不准确， 干扰通信系统等。
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（3）并联电容器 可提供超前的无功功率，多装设于降 压变电所内，也可就地补偿。 （4）并联电抗 用在超高压系统线路上吸收无功功率，防 止末端电压升高。 （5）静止无功补偿装置 具有调相机的功能，使用广泛， 但投资大。
在电力系统中，常见的谐波抑制装置有： （1）LC滤波器 （2）有源电力滤波器
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静止无功补偿装置
2.可控饱和电抗器型(Controlled Saturated Reactor——CSR）
的 工流工
大 小
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大 小 来 控
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交程 控
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工， 绕
作从 组
自饱和电抗器无功补偿装置依靠电抗器自身固有的能力 来稳定电压，它利用铁心的饱和特性，使滞后的无功功率 随端压的升降而增减。工程上，一般将饱和电抗器的铁心 设计在超过磁化曲线转折处运行，此时铁心完全饱和，饱 和电抗器就象空心电抗器一样，电压与电流保持线性关系。
当母线电压升高时，按特性曲线滞后电流增加，该电流 在网络电抗XS上产生压降，从而维持系统电压不变；反之 ，当母线电压波动下降时，则超前电流增加，该电流在网 络电抗XS上产生压升，从而维持系统电压不变。
教教学学内内容容及及要要求求
内容：
介绍电力系统谐波和无功产生的原因、危 害及补偿方法；研究静止无功补偿装置、静 止无功发生器和电力有源滤波器的工作原 理、补偿特性和控制方法。
学习要求及重点：
重点掌握静止无功补偿装置、静止无功发 生器和电力有源滤波器的工作原理
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1
第二章 谐波抑制和无功补偿装置
§2.1 概述 §2.2 静止无功补偿装置（SVC） §2.3 静止无功发生器（SVG） §2.4 有源电力滤波器（APF）
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§2.1 概述
一、谐波和无功功率的产生
阻感负载必须吸收无功功率才能工作； 电力电子装置等非线性也要消耗无功功率；
按其元件与结构的不同，主要有以下几种型式：
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Байду номын сангаас
静止无功补偿装置 1.自饱和电抗器型(Saturated Reactor——SR）
固
自饱和
定
电抗器
电 容
器
组
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自饱和电抗器工作原理
静止无功补偿装置
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三、补偿无功、抑制谐波的途经
1、提高用电设备自身的功率因数、减小谐波 （1）增加整流电路相数，使网侧电流正弦化； （2）尽量使整流装置在较小的α下运行； （3）采用多重化技术波形迭加，消除低次谐波； （4）利用DＣ／ＤＣ技术 （5）PWM整流器
§2.3 静止无功发生器（SVG）
一、SVG的发展史
静止无功发生器（SVG）又称为全半导体型无功补 偿器。
1972年，日本学者首先提出了用半导体变流器实现无功 补偿的基本思想；
1976年，美国学者L.Gyugyi提出了SVG的拓朴结构； 1980年，日本研制出了20MVA(SCR)无功补偿装置； 1987年，美国研制出了1MVA(GTO)无功补偿装置； 1991年，日本研制出了80MVA(GTO)无功补偿装置； 1994年，美国研制出了100MVA(GTO)无功补偿装置；
电而 中
流改 的
iL
变电
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3.晶闸管控制电抗器型（Thyrist Controlled Reactor —— TCR）
置来工
吸 收 的 无
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功过：
功电 通
率抗 过
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电晶
流闸
，管
从的
而触
控发
制相
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装角
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清华大学研制出了300KVA(GTO)无功补偿装置。 电力工程技术协会，商务合作，技 术咨询+V：dianli936
§2.3 静止无功发生器（SVG）
二、SVG的基本结构
所谓静止无功发生器（SVG）是指采用自换相桥式变 流器来进行动态无功补偿的装置。其拓朴结构如下：
本章主要介绍适合于动态无功补偿的静止无功补偿装 置和适合于动态无功补偿、谐波抑制的有源电力滤波器。
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§2.2 静止无功补偿装置(SVC)
一、并联电容器补偿无功功率的原理
二、静止无功补偿装置
静止无功补偿装置，适用于无功负荷频繁变化的场合, 它要求补偿装置具有快速性和无过渡过程。