第二章：谐波抑制和无功补偿装置详解
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§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）
§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；
用电装置的非线性造成畸变电流；
二、无功功率的影响和谐波的危害
§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。
按其元件与结构的不同，主要有以下几种型式：
静止无功补偿装置 1.自饱和电抗器型(Saturated Reactor——SR）
清华大学研制出了300KVA(GTO)无功补偿装置。
§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：
用于提供 直流电压
用于提供 直流电流
用于减小 交流侧谐
波电流
用于吸收 换相过电
压
新型静止无功发生器（SVG）
固
自饱和
定
电抗器
电 容
器
组
自饱和电抗器工作原理
静止无功补偿装置
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。
1、理想系统（不考虑SVG的损耗）工作情况分析
(b) (c)
(b) 图： 当SVG输出电压的幅值大于系统电压幅值时，为 实现逆变电压与交流系统间的耦合，电抗压降起着抵消逆 变电压的作用，系统电流必超前电网电压900运行，因此， SVG吸收超前的无功功率，起着电容器的作用；
c)图：而当SVG输出电压的幅值小于系统电压幅值时，电抗 压降起着补偿逆变电压的作用，系统电流必滞后电网电压 900 运行，SVG吸收滞后的无功功率，起电抗器的作用。
三、基本原理（以电压型为例） • SVG基本原理
通过调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或 者直接控制其交流侧电流，使该电路吸收或发出满足要求 的无功电流，从而实现无功补偿。
电压型SVG可等效为 幅值与相位均可以控 制的、与电网同频率 的交流电压源，它通 过交流电抗器连接到 电网上。
新型静止无功发生器（SVG）
补 再偿
的偿 通量
工的 过投
TCR
作无 入
原功 适
理功 吸当
§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；
的 工流工
大 小
。
作 绕 组 的
大 小 来 控
作 原 理
感制 ：
抗铁 它
，心 通
以的 过
改饱 改
变和 变
交程 控
流度 制
工， 绕
作从 组
电而 中
流改 的
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变电
3.晶闸管控制电抗器型（Thyrist Controlled Reactor —— TCR）
置来工
吸 收 的 无
控 制 了 通
作 原 理
功过：
功电 通
率抗 过
。器 改
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电晶
流闸
，管
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控发
制相
Biblioteka Baidu
了位
装角
5.晶闸管开关电容器组加晶闸管控制电抗器 （TSC+TCR）
与率收 组工
前 面 所 述
， 实 现 全
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TSC
的补功 ：
相偿来 并按
同。抵 略所
）（消 有需
TSC TCR
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部 补无
、分 偿功
过 ，补
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。
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、加补偿装置 在电力系统中，常见的无功补偿装置有：
（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（较少的运行状态）运行的同步电动机。
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。
静止无功补偿装置
2.可控饱和电抗器型(Controlled Saturated Reactor——CSR）
（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
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。
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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第二章 谐波抑制和无功补偿装置
§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；
用电装置的非线性造成畸变电流；
二、无功功率的影响和谐波的危害
§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。
按其元件与结构的不同，主要有以下几种型式：
静止无功补偿装置 1.自饱和电抗器型(Saturated Reactor——SR）
清华大学研制出了300KVA(GTO)无功补偿装置。
§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：
用于提供 直流电压
用于提供 直流电流
用于减小 交流侧谐
波电流
用于吸收 换相过电
压
新型静止无功发生器（SVG）
固
自饱和
定
电抗器
电 容
器
组
自饱和电抗器工作原理
静止无功补偿装置
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。
1、理想系统（不考虑SVG的损耗）工作情况分析
(b) (c)
(b) 图： 当SVG输出电压的幅值大于系统电压幅值时，为 实现逆变电压与交流系统间的耦合，电抗压降起着抵消逆 变电压的作用，系统电流必超前电网电压900运行，因此， SVG吸收超前的无功功率，起着电容器的作用；
c)图：而当SVG输出电压的幅值小于系统电压幅值时，电抗 压降起着补偿逆变电压的作用，系统电流必滞后电网电压 900 运行，SVG吸收滞后的无功功率，起电抗器的作用。
三、基本原理（以电压型为例） • SVG基本原理
通过调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或 者直接控制其交流侧电流，使该电路吸收或发出满足要求 的无功电流，从而实现无功补偿。
电压型SVG可等效为 幅值与相位均可以控 制的、与电网同频率 的交流电压源，它通 过交流电抗器连接到 电网上。
新型静止无功发生器（SVG）
补 再偿
的偿 通量
工的 过投
TCR
作无 入
原功 适
理功 吸当
§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；
的 工流工
大 小
。
作 绕 组 的
大 小 来 控
作 原 理
感制 ：
抗铁 它
，心 通
以的 过
改饱 改
变和 变
交程 控
流度 制
工， 绕
作从 组
电而 中
流改 的
iL
变电
3.晶闸管控制电抗器型（Thyrist Controlled Reactor —— TCR）
置来工
吸 收 的 无
控 制 了 通
作 原 理
功过：
功电 通
率抗 过
。器 改
的变
电晶
流闸
，管
从的
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控发
制相
Biblioteka Baidu
了位
装角
5.晶闸管开关电容器组加晶闸管控制电抗器 （TSC+TCR）
与率收 组工
前 面 所 述
， 实 现 全
的 感 性 无
数 的 的
作 原 理
TSC
的补功 ：
相偿来 并按
同。抵 略所
）（消 有需
TSC TCR
这 过的
部 补无
、分 偿功
过 ，补
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。
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、加补偿装置 在电力系统中，常见的无功补偿装置有：
（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（较少的运行状态）运行的同步电动机。
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。
静止无功补偿装置
2.可控饱和电抗器型(Controlled Saturated Reactor——CSR）
（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
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。
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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第二章 谐波抑制和无功补偿装置