谐波与无功补偿(谐波抑制与无功功率补偿)

1. 谐波抑制与无功功率补偿

相位差与功率因数间的关系是：功率因数＝COSa 。在交流电路中，没有谐波的情况下，可以推导出：功率因数＝COSa ，即： 功率因数＝电压电流角差的余弦。但是有谐波的时候，上述表达式式不成立。

这是很多人，包括很多专家都没有意识到的一个情况。详细公式，请见有关书籍，比如《谐波抑制与无功功率补偿》，王兆安等编著，该书我公司网站上有介绍。注意：关键的条件是有无谐波！

功率因数，是用来衡量用电设备（包括：广义的用电设备，如：电网的变压器、传输线路，等等）的用电效率的数据。

功率因数的定义公式：功率因数＝有功功率/视在功率。有功功率，是设备消耗了的，转换为其他能量的功率。无功功率，是维持设备运转，但是并不消耗的能量。他存在与电网与设备之间，是电网和设备不可缺少的能量部分。但是无功功率如果被设备占用过多，就造成电网效率低下，大量功率在电网中来回传送，线损高企。为了减少电网的无功传送，就要求用户就地做无功补偿。

2. 谐波抑制和无功功率补偿

无功功率补偿柜是装有无功功率补偿所需的元器件的柜子，电容器、电抗器、功率因数控制器都是元器件。

电容器补偿无功功率

电抗器防止高次谐波对电容器的损坏，

功率因数控制器控制电容器投切的数量，使功率因数接近设定的数值。

3. 谐波抑制与无功功率补偿第三版

无源无功补偿装置都是通过设置滤波支路（电容+电抗）来解决无功补偿兼谐波治理的功能的，即通过电容器补偿无功，电容电抗串联谐振来降低特征谐波的阻抗，起到分流（谐波电流）的作用。

无源滤波器一般是通过电力电子设备抵消谐波，通过强制换相来改变功率因数（无功在三相之间来回交换）。

4. 谐波抑制与无功功率补偿 第3版

有源滤波器主要是由IGBT、直流电容、吸收电容、控制器、微型短路器等器件组成，其中最重要的就是IGBT元器件的使用，针对不同场合进行参数调并配置相关场合元器件即可完成对场合的完美治理。

拓展：有源滤波柜是一种能够动态抑制谐波和补偿无功功率的新型电力电子装置。它可以补偿不同幅值和频率以及不同无功功率的谐波。有源滤波器柜之所以叫有源滤波器，是因为设备需要供电(补偿主电路的谐波)。它的应用可以克服传统的LC滤波器等谐波抑制和无功补偿方法(传统的补偿只能是固定的)，实现动态跟踪补偿，同时补偿谐波和无功。

5. 无功谐波补偿装置

无功补偿装置是改善电能质量措施涉及面很广，主要包括无功补偿、抑制谐波、降低电压波动和闪变以及解决三相不平衡等方面。 　　目前用于无功补偿和谐波治理的装置如：无源电力滤波器，该设备兼有无功补偿和调压功能，一般要根据谐波源的参数和安装点的电气特性以及用户要求专门设计；静止无功补偿装置（SVC）装置是一种综合治理电压波动和闪变、谐波以及电压不平衡的重要设备。有源电力滤波器（APF），APF是一种新型的动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，它能对频率和幅值都发生变化的谐波和无功电流进行补偿，主要应用于低压配电系统。 　　其中无功补偿技术的发展经历了从同步调相机→开关投切固定电容→静止无功补偿器（SVC）→直到今天引人注目的静止无功发生器SVG（STATCOM）的几个不同阶段。 　　根据结构原理的不同，SVC技术又分为：自饱和电抗器型（SSR）、晶闸管相控电抗器型（TCR）、晶闸管投切电容器型（TSC）、高阻抗变压器型（TCT）和励磁控制的电抗器型（AR）。 　　随着电力电子技术，特别是大功率可关断器件技术的发展和日益完善，国内外还在研制、开发一种更为先进的静止无功补偿装置静止无功功率发生装置（SVG），虽然它们尚处在开发及试运行阶段，目前尚未形成商品化，但SVG凭借着其优越的性能特点，在电力系统中的应用将越来越广泛。 　　各种无功设备各自特点如下： 　　

1）同步调相机：响应速度慢，噪音大，损耗大，技术陈旧，属淘汰技术； 　　

2）开关投切固定电容：慢响应补偿方式，连续可控能力差； 　　

3）静止无功补偿器（SVC）：目前相对先进实用技术，在输配电电力系统中得到了广泛应用； 　　

4）静止无功发生器SVG（STATCOM）：目前虽然有技术上局限性，属少数示范工程阶段，但SVG是一种更为先进的新型静止型无功补偿装置，是灵活柔性交流输电系统（FACTS）技术和定制电力（CP）技术的重要组成部分，现代无功功率补偿装置的发展方向。

6. 谐波抑制与无功功率补偿的关系

无功补偿能达到降低谐波的目的吗？

答:无功补偿不能降低谐波的目的。

●功率因数补偿柜只是补偿平衡低压供电线路中的感性负载引起的功率因数cosφ达到一个节约由于感性负载电能损耗的问题。

●如果采用电容补偿，控制不好容易产生过补学习，相反它会形成谐振现象，太高系统电压而损坏电气设备和增加有功功率损耗，是一种不可取的方法。

♥谐波→是指频率为基波频率(50Hz)整数倍数的一种正弦波；例如，电网中存在的三次谐波，它的谐波频率就是50×3=150Hz；见下图所示。

●谐波产生的主要原因是由于电网中存在非线性元件和非线性负载；例如现在使用的变频器及一些单相整流电子元器件都是产生谐波的罪魁祸首。这些非线性元件和非线性负载的存在，使得电网的电压或电流的波形不仅仅是频率为 50Hz的正弦波(又称基波)，还含有与基波频率(50Hz)成整数倍和分数倍频率的其他正弦波。这些正弦波就称为电网的谐波。

●其中频率高于基波频率的谐波叫高次谐波。对谐波频率为基波频率的分数倍时，称为分数谐波或间谐波，电力系统中的谐波主要是高次谐波。

●电力系统产生谐波的原因,主要在于电力系统中存在着各种非线性元件(如带铁芯的变压器、发电机、电动机等)和非线性负载(如电弧炉、大功率整流设备等)，当电力系统向非线性设备及负荷供电时，这些设备在传递(如变压器)、变换(如交直流换流器)、吸收(如电弧炉)系统发电机所供给的基波能量的同时，又把部分非正弦波反送电力系统，使电力系统的电压正弦波发生畸变，形成系列不同频率和振幅的谐波。

♣谐波对电力系统的影响主要表现在以下几方面

①谐波电流通过变压器，可使变压器的铁芯损耗明显增加，从而使变压器出现过热，缩短使用寿命。

②谐波电流通过交流电动机，不仅会使电动机铁芯损耗明显增加，而且还使电动机转子发生振动现象，严重影响机械加工产品质量。

③谐波对电容器的影响更为突出，含有高次谐波的电压加在电容器两端时,由于电容器对高次谐波的阻抗很小，所以电容器很易发生过负荷以致损坏。

④谐波电流可使电力线路的电能损耗增加。

⑤谐波可引起电力系统发生电压谐振，从而在线路上产生过电压，有可能击穿线路设备的绝缘。

⑥谐波使系统的继电保护和自动装置发生误动作。

⑦谐波增大附加磁场严重干扰影响电子仪表和通讯系统的正常工作，降低通讯质量。

♥对于谐波干扰最有效的方法就是在这些变频器、硅整流等设备的输入侧加装电抗器来最大限度的降低谐波干扰。这种方法叫无源滤波补偿，它是通过电感来抑制谐波向电网传输；也有用LC低通滤波器来进行滤波的；另外还有造价高的有源滤波补偿柜。

不过有源滤波补偿柜，其价格昂贵。

以上为个人观点，这里仅供提问者和头条上有需要了解的阅读者们参考参考一下。

知足常乐2019.9.18日于上海

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