电力系统电力电子与无功补偿技术发展研究

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1、电力系统电力电子与无功补偿技术发展研究　　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，简单介绍了目前国内外在无功补偿技术上的开发、研究，关键是对SVC装置的发展应用进行推介，并提出一系列解决设计方案，用以降低整个电力系统可以避免的损耗能量。关键词：电力系统电力电子技术无功补偿谐波晶闸管中图分类号：F407.61文献标识码：A文章编号：一、引言11电力电子技术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。电力电子技术是20世纪后新兴的边

2、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。而在我国对电网系统进行建设的过程里，无功补偿的容量不充足以及电网配备的不合理不科学是现在所发现的一个最难解决的问题，尤其是无功补偿的容量不充足这一点尤为严重。这些问题的出现都反映出现在电网系统是处于不稳定状态的，这就使得我们要不断地对电力系统中的无功补偿装置进行开发研究，使之能够稳定安全被运行。二、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目前工业以及生活里，大部分的用电负载都是阻感负

3、载的用电，就比如异步电机、日常的荧光灯、工业的电弧炉以及变压器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。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=UIcosϕQ=UIsinϕS=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P11表示瞬时电压与瞬时电流乘积即瞬时功率在一个周波内

4、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:P=S=UI=其中，Un、In分别为基波和各次谐波电压、电流有效值。含有谐波

5、的非正弦电路中的无功功率的情况比较复杂，至今没有被科学而权威的定义。仿照纯正弦电路，可以定义非正弦电路的无功功率为：Q=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。在电网中，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：11P=U=U得出这里将无功功率分解为两项,其中Qf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，ν=I1∕I，称为基波因数或波形畸变因数，cosϕ1为基波功率因数或称为

6、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波大小密切相关，它等于基波位移因数与波形畸变因数之乘积。因此电流畸变或电路中含有谐波时将导致无功功率增大，功率因数降低，从而使设备电气容量的可利用率下降，这对所在配电网络是极不利的。2.2无功功率的影响和谐波的危害无功功率对电网的影响主要有以下几个方面：a增加设备容量。无功功率的增加，会导致电流增大和视在功率增加，从而使发动机、变压器及其他电气设备容量和导线容量增加。b设备及线路损耗增加。无功功率的增加，使总电流增大，因而使设备及线路的损耗增加。c使线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无

7、功功率负载，还会使电压产生剧烈波动，使供电质量严重降低。11谐波对电网的危害大致有以下几个方面：a谐波使电网中的元件产生了谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。b谐波影响各种电气设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部过热；使电容器、电缆绝缘老化、寿命缩短，以致损坏。c谐波会引起电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大。d谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。e谐波会对