高壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償及諧波治理
1 無功電量的概念
在平穩(wěn)直流狀態(tài)下， 功率等于電壓與電流的乘積， 即：p=u×i。
在交流狀態(tài)下， 由于電壓與電流均為時(shí)間的周期函數(shù)，則功率由下式來進(jìn)行計(jì)算：
當(dāng)電網(wǎng)中的負(fù)荷含有電抗成分(通常為感性成分)或者負(fù)荷具有非線性特性時(shí)，電壓與電流就會(huì)有相位差或者電流含有諧波成分，此時(shí)電網(wǎng)傳輸能量的能力下降，功率的計(jì)算值小于電壓有效值與電流有效值的乘積，于是就引入了功率因數(shù)的概念。功率因數(shù)的英文全稱是power factor，簡稱pf。pf 是一個(gè)無量綱的小于1 的實(shí)數(shù)。
當(dāng)電壓與電流用有效值表示并引入功率因數(shù)時(shí)，則功率由下式來進(jìn)行計(jì)算：
當(dāng)系統(tǒng)中沒有諧波時(shí)，功率因數(shù)就是電壓與電流相位差φ 的余弦函數(shù)即：pf = cosφ。于是功率的表達(dá)式可寫為：
p=u×i×cos
引入了功率因數(shù)的概念以后，我們就可以利用向量的方法將電流分解為有功電流和無功電流：
高壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償及諧波治理,
式中：p 為有功功率，pl為無功功率，ps為視在功率。
有功功率代表著能量的傳遞，而無功功率是一種交流電網(wǎng)中特有的不傳遞能量的伴生量。
在電網(wǎng)系統(tǒng)計(jì)量過程中，還經(jīng)常使用有功電量與無功電量來計(jì)算功率因數(shù)，由于有功電量相當(dāng)于有功功率對(duì)時(shí)間的積分，無功電量相當(dāng)于無功功率對(duì)時(shí)間的積分，因此這樣的計(jì)算結(jié)果相當(dāng)于功率因數(shù)在一個(gè)計(jì)量周期的平均值。
需要注意的是：
(1)只有無功電流與無功功率的概念，沒有無功電壓的概念。因此通常所說的無功可以指無功電流，也可以指無功功率。
(2)當(dāng)系統(tǒng)中含有諧波時(shí)，用cos 來表達(dá)功率因數(shù)會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。諧波含量越大，誤差越大。
2 無功補(bǔ)償?shù)谋匾?/div>
由于無功電流的存在，在傳送同樣能量的情況下，電流比沒有無功的情況下增加，會(huì)大量增加系統(tǒng)的銅損，降低線路與變壓器的利用率，這是顯而易見的事情。
在一個(gè)交流連接的電網(wǎng)中(這里強(qiáng)調(diào)交流連接的原因是因?yàn)橹绷鬏旊娋�路不傳遞無功，因此用直流輸電線路連接的若干電網(wǎng)可以分開為各自獨(dú)立的電網(wǎng)來考慮無功問題)，無功電流在任何瞬間都是平衡的，也就是說，無功電流的發(fā)出量與吸收量在任何瞬間都是相等的， 這就是無功平衡原理。由于無功平衡原理的存在，無功電流雖然不傳遞能量，但是卻會(huì)影響電網(wǎng)的電壓，這是由電網(wǎng)中的設(shè)備性質(zhì)決定的。電網(wǎng)中絕大部分發(fā)電機(jī)均為同步發(fā)電機(jī)。同步發(fā)電機(jī)在激磁電流不變時(shí)輸出的無功電流與輸出電壓成反比，即：隨著輸出電壓的減少而輸出無功電流增加，反之，隨著輸出電壓的增加而輸出無功電流減少。而電網(wǎng)中大部分負(fù)荷所吸收的無功電流與電壓成正比。因此，當(dāng)電網(wǎng)中沒有補(bǔ)償裝置時(shí)，負(fù)荷吸收的無功功率就全部要由發(fā)電機(jī)來提供。如果系統(tǒng)的無功不足，電壓就會(huì)下降，電壓下降以后，負(fù)荷吸收的無功減少，發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功增加，從而保持無功的平衡。反之，如果系統(tǒng)的無功過剩，電壓就會(huì)升高，電壓升高以后，負(fù)荷吸收的無功增加，發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功減少，從而保持無功的平衡。也就是說，電網(wǎng)可以依靠電壓的變化來自動(dòng)保持無功平衡。當(dāng)系統(tǒng)中的無功嚴(yán)重不足，就會(huì)導(dǎo)致電壓急劇下降，電壓下降導(dǎo)致發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功電流急劇增加，這時(shí)，如果某1 臺(tái)發(fā)電機(jī)由于電流過載而解列退出電網(wǎng)，則無功更加不足，如此連鎖反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)崩潰的大事故。所以在電網(wǎng)中設(shè)置一些無功補(bǔ)償裝置來補(bǔ)充無功功率，以保證用戶對(duì)無功功率的需要和用電設(shè)備在額定電壓下工作就顯得非常必要。
由于無功的不良作用，供電部門對(duì)企業(yè)35kv 客戶功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)一般為0.9，因此、對(duì)于我們用戶來講，總是希望盡量提高功率因數(shù)，減少無功，減少無功的方法就是無功補(bǔ)償，使負(fù)荷所吸收的無功被就地平衡， 避免大量無功電流的傳輸，這樣既可以避免低功率因數(shù)罰款，相反、還能獲得獎(jiǎng)勵(lì)。
3 諧波的產(chǎn)生及危害
電力諧波對(duì)電力網(wǎng)(用戶)危害是十分嚴(yán)重的，它是一種電力污染，一種人們看不見、嗅不到、摸不著的污染。所以往往不被人們注意。對(duì)于電力系統(tǒng)，諧波是個(gè)很要命的問題!
3.1 諧波的概念
當(dāng)電網(wǎng)中的電壓或電流波形非理想的正弦波時(shí)，即說明其中含有頻率高于50hz 的電壓或電流成分， 我們將頻率高于50hz 的電流或電壓成分稱之為諧波。當(dāng)諧波頻率為工頻頻率的整數(shù)倍時(shí)，我們將其稱之為整數(shù)次諧波，這類諧波通常用次數(shù)來表示。例如：將頻率為工頻頻率5 倍(250hz)的諧波稱之為5 次諧波，將頻率為工頻頻率7 倍(350hz)的諧波稱之為7 次諧波，依此類推。當(dāng)諧波頻率不是工頻頻率的整數(shù)倍時(shí)，我們將其稱之為分?jǐn)?shù)諧波。這類諧波通常直接使用諧波頻率來表示。例如：頻率為1627hz 的諧波。
3.2 諧波產(chǎn)生的原因。
諧波產(chǎn)生的原因多種多樣，比較常見的有2 類：第1 類是由于非線性負(fù)荷而產(chǎn)生諧波，例如可控硅整流器、開關(guān)電源等， 這一類負(fù)荷產(chǎn)生的諧波頻率均為工頻頻率的整數(shù)倍。例如三相六脈波整流器所產(chǎn)生的主要是5 次和7 次諧波，而三相12 脈波整流器所產(chǎn)生的主要是11 次和13 次諧波;第2 類是由于逆變負(fù)荷而產(chǎn)生諧波，例如中頻爐、變頻器，這一類負(fù)荷不僅產(chǎn)生整數(shù)次諧波，還產(chǎn)生頻率為逆變頻率2 倍的分?jǐn)?shù)諧波。例如： 使用三相六脈波整流器而工作頻率為820hz 的中頻爐則不僅產(chǎn)生5 次和7 次諧波，還產(chǎn)生頻率為1640hz 的分?jǐn)?shù)諧波。
諧波在電網(wǎng)誕生的同時(shí)就是存在的，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)和變壓器都會(huì)產(chǎn)生少量的諧波。但是由于產(chǎn)生大量諧波的用電設(shè)備不斷增加，并且電網(wǎng)中大量使用的并聯(lián)電容器所造成的諧波放大，使得諧波的影響越來越嚴(yán)重，逐漸引起人們的重視。
3.3 諧波造成的危害
當(dāng)電網(wǎng)中的諧波電流較大，以至于電壓波形也產(chǎn)生畸變時(shí)，我們將其稱之為電網(wǎng)被污染。電網(wǎng)的污染程度用電壓波形畸變率來表示，簡稱thdu。按照國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的規(guī)定：10kv 電網(wǎng)的thdu 應(yīng)小于4%，400v 電網(wǎng)的thdu 應(yīng)小于5%。諧波與無功電流不同。無功電流只影響電網(wǎng)的電壓，并增加供電系統(tǒng)的銅損，通常不會(huì)影響用戶，也不會(huì)影響計(jì)量精度。而諧波的影響可以用“無孔不入”來形容。在電網(wǎng)被污染的情況下，所有電網(wǎng)中的設(shè)備與負(fù)荷均會(huì)受到影響。諧波與無功還有一點(diǎn)不同：無功電流在沒有補(bǔ)償?shù)那闆r下會(huì)一直傳送到發(fā)電機(jī)，而諧波電流通常全部被電網(wǎng)中的設(shè)備與負(fù)荷吸收掉。
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