变频器及其谐波治理和无功补偿

电力系统中谐波分析与治理在当今高度依赖电力的社会中，电力系统的稳定和高效运行至关重要。

然而，谐波问题却成为了影响电力系统质量的一个不容忽视的因素。

谐波不仅会导致电力设备的损坏，还会增加电能损耗，降低电力系统的可靠性。

因此，对电力系统中的谐波进行深入分析，并采取有效的治理措施，具有十分重要的意义。

一、谐波的产生要理解谐波，首先需要了解它的产生原因。

谐波主要来源于电力系统中的非线性负载。

常见的非线性负载包括各种电力电子设备，如变频器、整流器、逆变器等，以及电弧炉、荧光灯等。

以变频器为例，它通过对电源进行快速的通断控制来实现对电机转速的调节。

在这个过程中，电流和电压的波形不再是标准的正弦波，而是包含了各种频率的谐波成分。

整流器在将交流电转换为直流电的过程中，由于其工作特性，也会产生谐波。

同样，电弧炉在工作时，电弧的不稳定燃烧会导致电流的剧烈变化，从而产生谐波。

二、谐波的危害谐波的存在给电力系统带来了诸多危害。

对电力设备而言，谐波会使变压器、电动机等设备产生额外的损耗，导致设备发热增加，缩短使用寿命。

对于电容器来说，谐波电流可能会使其过载甚至损坏。

在电能质量方面，谐波会导致电压和电流波形的畸变，使电能质量下降，影响用电设备的正常运行。

例如，对于计算机等精密电子设备，谐波可能会引起数据丢失、误操作等问题。

此外，谐波还会增加电力系统的无功功率，降低功率因数，从而增加线路损耗和电能浪费。

三、谐波的分析方法为了有效地治理谐波，首先需要对其进行准确的分析。

目前，常用的谐波分析方法主要有傅里叶变换、小波变换和瞬时无功功率理论等。

傅里叶变换是谐波分析中最常用的方法之一。

它可以将一个复杂的周期性信号分解为不同频率的正弦波分量，从而得到各次谐波的幅值和相位信息。

然而，傅里叶变换在处理非平稳信号时存在一定的局限性。

小波变换则能够很好地处理非平稳信号，它通过对信号进行多尺度分析，可以更准确地捕捉到信号在不同时间和频率上的特征。

37 2004年第4期浙江电力无功补偿与谐波治理李电,陈晓宇(绍兴电力局,浙江绍兴312000)摘要:为改善电压质量,广泛应用无功补偿成套装置———并联电容器组,由于用户大量使用整流器、变频调速装置、电孤炉、各种电力电子设备以及电气化铁路,无功补偿装置对谐波起放大作用。

为治理谐波,提高电能质量,应灵活选用包括用纯数字控制的混合型有源滤波器在内的各类有源、无源滤波器。

可消除大量非线性负载产生的动态谐波。

关键词:无功补偿;电能质量;谐波中图分类号:T M422文献标识码:B文章编号:1007-1881(2004)04-0037-03近年来,随着国民经济的跨跃式发展,电力负荷的快速增长对无功的需求也大幅度上升,无功补偿为改善电压质量起着重要作用。

同时,随着粗放型经济向高科技、高技术转变,对电能质量的要求也显著提高,而配电网中整流器、变频调速装置、电孤炉、各种电力电子设备以及电气化铁路大量应用。

这些负荷具有非线性、冲击性和不平衡的用电特性,对供电质量造成严重污染,对电力系统的安全运行形成了严重危害,特别严重的是谐波造成系统发生某次特征谐波的谐振,造成系统过电压,危及系统和设备安全运行。

而无功补偿的主要装置并联电容器组对谐波起着放大作用,因此,有源滤波已受到各方的关注。

1并联电容器补偿存在的问题无功补偿领域中现应用最广泛的是采用并联电容器组。

变电所的无功补偿装置(并联电容器)按照变电压器容量的15%～20%配置,以自动就地补偿的方式进行无功电压的综合控制。

但是电容器组的投切无法满足负荷的连续变化,虽然采用电容器分组投切方式,电容器分组投入造成无功功率的阶梯性变化,无法满足负荷的平滑性变化:电容器投入前系统出现无功不足,电容器投入后出现无功倒送。

这种阶梯性的无功变化,导致电容器投、退过程会给系统造成一定的无功冲击。

经常出现负荷高峰是欠补偿,而在负荷底谷时过补偿,变压器分接开关频繁动作,将严重缩短设备的使用寿命,对系统造成不利影响。

谐波治理及无功补偿方案谐波治理及无功补偿方案随着现代电力系统的快速发展和应用，电力质量问题日益凸显。

其中一个主要问题就是谐波污染，谐波污染会对电力系统产生极大的危害，如烧毁电器设备、造成供电失灵等。

为了有效解决谐波污染问题，可以采用谐波治理及无功补偿方案。

一、谐波治理1.谐波发生的原因谐波是指电源产生的不同于基波频率的信号，其会把电力系统中的电压和电流形成很多波峰，属于高频电流。

2.谐波的产生谐波的形成，主要是由非线性负载所引起（例如变频器、电子电路等），这些负载会对输电线路上传输的电能进行畸变，导致电力系统中产生多余的波形。

3.谐波的危害谐波的危害十分显著，其主要表现为电力系统中的电器设备可能会受到烧毁的风险，从而引发一系列的安全事故和设备故障。

4.谐波治理方案（1）滤波器法：通过在负载侧增加合适的滤波器，可以去除输出信号中的高频波形，让电力系统中的电路保持基波同步。

（2）减小非线性负载法：由于非线性负载是谐波形成的主要原因，因此可以通过减少或替换负载器件，从而降低谐波的产生。

（3）提高系统阻抗法：当系统的阻抗增加时，电源的输出电流会减少，从而谐波的产生会得到一定的减少。

二、无功补偿1.无功补偿的原理无功补偿是一种电力系统中无功功率的调节方法，其通过连接电容器或电感器，来对补偿线路进行补偿，从而实现对无功功率的控制和调节。

2.无功功率的特点无功功率具有波动性和成段性的特点，这是由于电力系统中产生的无功功率主要受到负载方向或回路的变化所影响。

3.无功补偿的作用（1）提高功率因数：在无功补偿的情况下，系统的功率因数会有所提高，从而有效降低负载对电力系统的影响。

（2）降低电网损耗：通过对电路进行无功补偿，可以将电力系统中的无功功率转化为有用的有功功率，从而减少电网的能量损耗。

（3）提高电力系统的稳定性：无功功率的波动会影响电力系统的稳定性，因此，通过无功补偿，可以有效地提高电力系统的稳定性。

4.无功补偿方案（1）串联电容补偿法：通过在电路中增加合适的等效容值，可以将谐波电流从发电端分流到电容器中。

浅谈谐波治理和无功补偿改造[摘要]：随着配电网的电弧炉、整流器、变频器及各电力电子设备的普及和大量应用，电网中的谐波污染也日趋严重。

谐波的产生使电能生产、传输及利用效率变低，还会使设备发热和老化、产生噪音和振动，长时间运行会发生故障和烧毁设备。

本人针对一个谐波污染而无功补偿系统无法投运的企业进行数据测量和故障分析，并提供了两个不同方案，望能给类似的企业一点借鉴。

[关键词]：案例分析；谐波治理；无功补偿；光伏发电影响1、基本情况本地区一个集团企业，配电室设置2台干式变压器，容量2*2500kVA，电压等级10/0.4 kV,低压侧为单母线运行。

由于新安装光伏发电装置，光伏发电新接入1号变0.4kV侧补偿柜后母线端。

目前1号变共有三台补偿柜，总容量为1200kvar,每台柜体容量400kvar,分组为50kvar*8组,且配有7% 的电抗。

现场用电以办公类用电居多，最大用电电流在1600A左右。

光伏未并网前电容柜运行比较正常，功率因数能达到0.90以上，自从低压侧有光伏发电接入系统后，投入多组电容器后电抗器与变压器噪音会增大，且电容器保护熔断器熔断，功率因数也降至0.6左右，长期功率因数不达标而被供电部门罚款。

2、现场数据测量：2.1测量仪器采用进口的电能质量测试仪，2.2主要功能：瞬态过电压: 200 kHz采样;频率1波: 从1个波形进行运算;电压1/2有效值、电流1/2有效值：每隔开半波半的1个波形运算;浪涌、下陷、停电: 电压1/2有效值时检测;冲击电流: 每半波运算电流后的有效值时检测;频率200 ms: 从10个波形·12个波形进行运算;频率10秒:从10秒间的波形进行运算;电压波形峰值，电流波形峰值;电压，电流，有功功率，视在功率，无功功率，有功电能，视在电能，无功电能，电费，功率因数，位移功率因数，电压不平衡率，电流不平衡率;电压波峰因数，电流波峰因数;谐波/相位角(电压/电流), 谐波功率: 第0次～50次;谐波电压电流相位差: 第1次～50次;总谐波畸变率(电压/电流);间谐波(电压/电流): 第0.5次～49.5次;2.3测量点：1号变0.4kV低压进线总柜侧（光伏并网时）2.4数据对比2.5数据分析：伏并网前，系统的功率因数及电流电压畸变率都只超过国标允许值很小值，功率因数为0.9以上也达标；电容柜运行基本良好，光伏并网后系统电压畸变率为7%左右，已超过国标（GB/T14549-93）允许值5%。

1．概述在供电系统中，为了节能降损、提高电压质量和电网经济运行水平，经常采用各种无功补偿装置。

近年来，配电网中整流器、变频调速装置、电弧炉、各种电力电子设备以及电气化铁路大量应用。

这些负荷大都具有非线性、冲击性和不平衡性的特点在运行中会产生大量谐波。

这些谐波对无功补偿装置造成了严重影响。

在供电系统中，对于某次谐波，作为无功补偿用的并联电容器若与呈感性的系统电抗发生谐振则会出现过电压而造成危害。

当无功补偿装置运行地点的谐波比较严重时，电压、电流波形会有很大畸变，电容器投切控制信号的传输就会受到影响，从而有可能引起装置的误动或拒动。

另一方面并联电容器对电网谐波的影响也很大。

若电容器容抗和系统感抗配合不当将会造成电网谐波电压和电流的严重放大，给电容器本身带来极大损伤。

可见，无功补偿与谐波治理两者关系密切。

产生谐波的装置大都是消耗基波无功功率的装置；谐波治理的装置通常也是无功补偿装置。

因此，为了寻求能同时实现无功补偿和谐波治理的装置，就必须将二者结合起来进行研究。

2．电容器无功补偿装置中的谐波问题谐波源有两种一种是谐波电流源，这些用电设备中的谐波含量取决于它自身的特性和工作状况基本上与供电系统参数无关。

另外一种是谐波电压源。

发电机在发出基波电势的同时也会有谐波电势产生，其谐波电势大小主要取决于发电机本身的结构和工作状况。

实际上，在电网中运行的发电机和变压器等电力设备，输出的谐波电势分量很小几乎可以忽略。

因此，在供电系统中存在并实际发生作用的谐波源，主要是谐波电流源。

在用并联电容器进行无功补偿的供电系统中电网以感抗为主电容器支路以容抗为主。

在工频条件下并联电容器的容抗比系统的感抗大得多，可发出无功功率对电网进行无功补偿。

但在有谐波背景的系统中大量的非线性负荷会产生大量的谐波电流注入电网，对这些谐波频率而言，电网感抗显著增加而补偿系统容抗显著减小导致谐波电流大部分流入电容器支路，若此时电容器的运行电流超过其额定电流的1.3倍，电容器将会因过流而产生故障。

谐波治理目录概述电力系统中谐波的来源谐波现状浅析目前国内对谐波污染的治理谐波治理的方法1、无源谐波滤除装置2、有源谐波滤除装置工程案例　概述电力系统中谐波的来源谐波现状浅析目前国内对谐波污染的治理谐波治理的方法1、无源谐波滤除装置2、有源谐波滤除装置工程案例　展开IGBT等电子励磁装置的投入，伏以上才会起弧，才会有弧电流，并且灭弧电压略低于起弧电压，造成LC回路的设定，只能针对于某一次谐波，即针对 无源滤波的主要结构是用电抗器与电容器串联起来，组成LC 串联回路，并联于系统中，LC回路的谐2、有源谐波滤除装置 有源谐波滤除装置是在无源滤波的基础上发展起来的，它的滤波效果好，在其额定的无功功率范围内编辑本段工程案例　 温州某10KV电解锌工厂在未滤波之前，其功率因数为0.8，而采取普通的无功补偿，又无法投入，1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机的转子产生的磁场不可能是完善的正弦波，因此发电机发出的电压波形不可能是一点不GBT等电子励磁装置的投入，使发电机的谐波分量有所上升。

当发电机的端电压高于额定电压的10％以上时，由于说非线性用电设备是主要的谐波源，非线性用电设备主要有以下四大类：体举例分析如下：灭弧电压略低于起弧电压，造成弧电流与弧电压的非线性。

波，造成电弧加热设备对电网的谐波污染比较大，而且多为18次以下的低次谐波污染。

其实电焊机在上世纪四、五十压，在小于阀电压时，电流为零。

这类用电设备为了提供平稳的直流电源，在整流设备中加入了储能元件（滤波电容直流用电设备一样，它在直流逆变成交流时又有逆变波形反射到交流电流，这类设备产生的是目前推广使用的技术手段，因此它的谐波污染应引起足够关注。

管控制变压器初级电流的开通和关闭，从而在变压器二次侧感应出电流，供给用电设备。

此的谐波污染十分严重，尤其是早些年为了节能，引入的变频电源和直流用电器的投入，其5次、7次、11次谐只能针对于某一次谐波，即针对于某一个频率为低阻抗，使得该频率流经为其设定的LC回路，达到消除（滤除）某一，但方向相反的谐波电流，用以抵销网络中的谐波电流，这种装置的主要元件是大功率电力电子器件，成本高，在面就谈谈这二种方法的优缺点以及市场前景及其经济效益的分析。

无功补偿及谐波治理工程技术方案无功补偿与谐波治理是电力系统中的两个重要问题。

无功补偿主要解决无功功率的调节问题，谐波治理主要解决电力系统中谐波污染的问题。

本文将就无功补偿及谐波治理工程技术方案进行详细的介绍。

1.电容补偿技术方案电容补偿是通过串联电容来提供无功功率，从而提高功率因数。

该技术方案具有成本低、无功补偿效果好等优点。

适用于对电网无功功率负荷波动较小的场所。

2.静止无功发生器（SVC）技术方案SVC是通过调节阻抗来提供无功功率的一种补偿方式。

它具有响应速度快、补偿效果好等优点。

适用于电网无功功率负荷波动较大的场所。

3.静态同步无功发生器（STATCOM）技术方案STATCOM是通过调整电压来提供无功功率的一种补偿方式。

该技术方案具有响应速度快、无功补偿效果好等优点。

适用于对电压稳定性要求较高的场所。

1.谐波滤波器技术方案谐波滤波器是将发生谐波的电流或电压引入滤波器，通过滤波器的谐波抑制特性将其滤除。

该技术方案具有谐波抑制效果好、性能稳定等优点。

适用于单一谐波频率的场所。

2.谐波变压器技术方案谐波变压器是通过在电力系统中串联谐波补偿变压器来抵消谐波电流。

该技术方案具有谐波抑制效果好、谐波适应性强等优点。

适用于多个谐波频率的场所。

3.主动滤波器技术方案主动滤波器是通过检测谐波电流或电压，并通过逆变器产生反向相位的谐波电流来抵消原有谐波电流。

该技术方案具有谐波抑制效果好、适应性强等优点。

适用于谐波频率较多、波动较大的场所。

综上所述，无功补偿技术方案包括电容补偿技术方案、静止无功发生器技术方案和静态同步无功发生器技术方案。

谐波治理技术方案包括谐波滤波器技术方案、谐波变压器技术方案和主动滤波器技术方案。

根据具体情况选择合适的技术方案，能够有效地解决电力系统中的无功补偿和谐波治理问题，提高电力系统的稳定性和供电质量。

无功补偿与谐波治理在现代电力系统中，无功补偿与谐波治理是两个至关重要的课题。

它们对于提高电能质量、保障电力设备的正常运行以及降低电力损耗都有着举足轻重的作用。

首先，我们来谈谈无功补偿。

无功功率，简单来说，就是那些在电力系统中没有被实际消耗掉，但在电能传输和转换过程中又必不可少的功率。

比如说，电动机在运行时需要建立磁场，这部分用于建立磁场的功率就是无功功率。

无功功率的存在会给电力系统带来一些问题。

一方面，它会增加电力线路的电流，从而导致线路损耗增加。

想象一下，电流就像水流，无功功率让水流变大，在流经管道（线路）时，与管道的摩擦（线路损耗）也就更大了。

另一方面，无功功率不足会导致系统电压下降。

电压就像水压，如果水压不足，水流就无力，电器设备就可能无法正常工作。

为了解决这些问题，我们就需要进行无功补偿。

无功补偿的方法有很多种，常见的有电容器补偿、电抗器补偿以及静止无功补偿器（SVC）和静止同步补偿器（STATCOM）等。

电容器补偿是一种比较传统且常见的方法。

电容器就像一个能量储存器，在系统无功功率不足时释放储存的能量，提供无功支持。

它具有成本低、安装方便等优点，但也存在一些局限性，比如补偿效果可能会受到系统电压波动的影响。

电抗器补偿则主要用于限制短路电流和吸收系统中的过剩无功功率。

它通常与电容器配合使用，以达到更好的补偿效果。

SVC 和 STATCOM 则是较为先进的无功补偿装置。

SVC 通过控制晶闸管的导通角来调节接入系统的无功功率。

STATCOM 则基于电力电子技术，能够快速、连续地调节输出的无功功率，具有响应速度快、补偿精度高等优点。

接下来，我们再说说谐波治理。

谐波是什么呢？谐波是指电力系统中电流或电压的频率为基波频率整数倍的分量。

打个比方，基波就像音乐中的主旋律，而谐波则是一些不和谐的杂音。

谐波的产生主要源于电力电子设备的广泛应用，比如变频器、整流器等。

这些设备在工作时会使电流或电压发生畸变，从而产生谐波。

无功补偿与谐波治理方案无功补偿是电力系统中一种重要的电力调节手段，可以提高电力系统的稳定性和经济性。

而谐波是电力系统中经常会遇到的一种问题，会引起电力设备的损坏和能效降低。

因此，针对无功补偿和谐波治理问题，需要制定合适的方案。

无功补偿是指通过调整电力系统中的无功功率，使系统达到稳定运行的一种方法。

在电力系统中，无功功率是电压和电流的相位差所产生的功率，它与有功功率一起构成了总功率。

无功补偿的目的是通过使用无功补偿装置，如电容器和电抗器，来改变系统中的无功功率，以达到系统功率的平衡。

无功补偿可以提高电力系统的功率因数，减小线路和设备的损耗，改善电压质量，提高电力系统的稳定性和可靠性。

谐波是指电力系统中频率为整数倍的基波的倍数的谐波。

通常情况下，电力系统中存在一些非线性负载，如电力电子设备、电弧炉等，会引入大量谐波。

谐波会导致电力设备的温升和功率损耗加大，甚至引发设备的故障和损坏。

因此，对于电力系统中的谐波问题，需要采取相应的治理措施。

针对无功补偿的问题，可以采取以下方案：1.定期检查和维护无功补偿设备：对于已经安装在电力系统中的无功补偿装置，需要定期检查和维护，确保其正常运行。

包括检查电容器和电抗器的电容值和电感值是否正常，检查电压和电流的测量装置是否准确，确保无功补偿的效果和安全性。

2.合理设计和布置无功补偿装置：在电力系统中，根据负载类型和电力需求情况，合理设计和布置无功补偿装置，包括电容器和电抗器的容量和数量，以及其在电力系统中的位置和连接方式。

通过合理布置无功补偿装置，可以最大限度地提高无功补偿的效果，并减少无功功率损耗。

3.使用静态无功补偿装置：与传统的无功补偿装置相比，静态无功补偿装置具有体积小、无噪音、响应速度快等优点，适用于电力系统中对无功补偿要求比较高的场合。

使用静态无功补偿装置可以提高无功补偿的精度和灵活性，同时降低运行和维护成本。

针对谐波的问题1.谐波源的隔离和控制：对于电力系统中存在的谐波源，如非线性负载设备，可以采取隔离措施，减少其对电力系统的谐波干扰。

谐波治理与⽆功补偿应⽤案例谐波治理与⽆功补偿应⽤案例⼀、钢铁⾏业的应⽤河北某钢铁公司专业⽣产多品种的不锈钢榜、线型材，炼钢年设计产能30万吨，轧钢年设计产能45万吨，年产值逾60亿元。

公司职⼯1000余⼈，⼚区建筑⾯积6万多平⽅⽶。

⼆、电⽹状况及⽤电设备（1）1#变压器容量为16000KVA，变⽐为35KV/10KV，下带负载为2台7200KVA中频炉变和⼀台1800KVA加热炉变，中频炉运⾏产⽣的特征谐波以11、13次为主，滤波装置接⼊10KV母线。

（2）4#变压器容量为20000KVA，变⽐为35KV/10KV，主要负载为10KV母线侧2台8000KVA中频炉变和总功率为4200KW 直流轧机，滤波装置接⼊10KV母线。

三、投资效果分析1、总投资：本项⽬分2段实施，分别为1#变、4#变。

本案列仅讨论1#变，1#变谐波滤除及⽆功补偿装置总投资五⼗多万元。

2、谐波治理及⽆功补偿效果滤波装置投⼊后，系统10KV侧谐波电压畸变率由10.5%降到了3.85%，谐波电流畸变率也由10.20%降到了7.1%，各次谐波均在国标允许值以内。

系统功率因数也从0.827提升到了0.99，滤波装置投⼊后，系统消耗的总⽆功功率减少了4800Kvar。

3、节电效果（1）线路频率损后的节电设公司1#主变最⼤负荷全年耗电时间为3000⼩时(τ),线路电能损耗于传输电能⽐为0.03以δ表⽰.则,补偿后的全年节电量:△W L=S L*cosφ1*δ*τ*{1-[cosφ1/cosφ2]2}=0.8×16000×0.827×0.03×3000×[1-(0.827/0.99)]≈288000(kw·h)注:0.8为主变负荷率（2）补偿后变压器全年节电量:△W T=△P d*(S1/S2)2*τ*[1-(cosφ1/cosφ2)2]=240×{(0.8×16000)/16000}2×3000×0.30218≈140000(kw·h)式中P d为变压器短路损耗,为240KW（3）补偿投⼊后的全年总的节电效果:△W=△W L+△W T=288000+140000=428000(kw·h)= 428000x0.58元=24.8万元式中：电费按0.58元/度，负荷1年⼯作时间为3000⼩时（4）⼒率电费的节约:根据浙江地区的电费计价⽅式，⽤户全年应交纳的功率因数调整电费约为：（以当地供电局功率因数考核点为0.9计算，补偿前⽤户系统的功率因数为0.827,则功率因数罚款⼒率为+3.5%。