电力电子装置谐波抑制及无功补偿技术研究

摘要：本文简要分析了电力电子装置的谐波抑制技术和无功补偿技术，探讨了无功补偿技术中三种并联电容器补偿方式，探讨了谐波抑制中无源滤波器和有源电力滤波器的应用，并提出了有源功率因数校正技术，旨在进一步促进电力电子装置谐波抑制和无功补偿技术的发展。

关键词：电力电子装置;谐波抑制;无功补偿

1前言

电力电子装置的应用能够实现电路形态的灵活变换，提升用户电能使用的高效性，但需要注意的是，当前电力电子装置的应用也会导致电网出现谐波污染和低功率因数的问题，这会对供电质量造成不良影响，对电网谐波的抑制和无功补偿能够有效避免上述问题。基于以上，本文简要研究了电力电子装置谐波抑制及无功补偿技术，旨在优化电力电子装置的应用，保证供电质量。

2电力电子装置无功补偿技术分析

在电力系统中，有多种方法可以实现无功功率的补偿，例如同步发电机、同步调相机的应用，SVC的应用等。许多工程供电系统有着阻感性负载多的特点，其总等效负载呈感性，针对这种情况，主要采用并联电容器方式来实现无功功率补偿，从而提升其功率因数。下面就来简要探讨无功补偿技术中的并联电容器补偿技术。以安装位置为标准，可以将并联电容器补偿技术分为以下三种方式：

①集中补偿方式：电容器组的安装位置为母线，即在母线上集中安装电容器组，这能够有效提升整个变电功率因数，从而降低馈出线路无功损耗;

②分区补偿方式：在功率因数较低的区域母线上分别安装电容器组，这种补偿方式效果更好，但需要注意的是，相较于集中补偿方式来说，其补偿范围较小[1];

③就地补偿方式：对于异步电动机等感性设备以及荧光灯照明线路来说，可以在负载设备附近区域位置安装电容器组，这种补偿方式即为就地补偿，就地补偿能够有效提升用电设备供电回路功率参数，同时有着改善用电设备电压质量的功能，但就地补偿方式也有着一定的局限性，其电容器安装有着分散性的特点，不利于监测和维护，随着低压自愈式电容技术的发展，就地补偿方式被进一步推广和应用。

3电力电子装置谐波抑制技术分析

一般来说，供电系统谐波抑制与消除的方法主要包括两种，一种是无源滤波器或有源电力滤波器的应用，一种是对谐波源的改造，例如高功率因数整流器的采用及变流器相数提升。无源LC滤波器在工程上的应用最为广泛，其有着结构简单、成本低以及可靠性优良等特点，其能够为谐波提供低阻抗路径，在保留基波的基础上来使谐波短路，从而实现谐波抑制作用，谐波能够通过滤波器但不会进入到供电系统中。下面简要分析无源滤波器和有源电力滤波器两种方式：

3.1无源滤波器

电阻、电抗器以及电力电容器按照一定的功能要求组合即可制得无源滤波器。其中单调谐滤波器是结构和形式最为简单的一种无源滤波器，在单一特征次谐波的抑制中有着良好的应用效果，具体来说，单调滤波器之路在单一特征次谐波下串联谐振，这就能够形成低阻通路，使得次谐波电流尽可能小的流入电网，或不再流入电网，实现谐波抑制的目的。对于若干特征次谐波的抑制来说，主要将若干个单调滤波器在电网中并联。双调谐滤波器也是无源滤波器的一种，其能够同时对两种频率谐波进行滤除，此外，还可以制作多阶双调滤波器，但其电路结构相对复杂，在实际中应用较少，这里不再赘述。为了滤除某一次以上的谐波，还可以将无源滤波器设计为高通滤波器。无源滤波器结构简单，维护和使用成本较低，不仅能够实现谐波的吸收，还能够进行无功补偿，从而改善功率因数，无源滤波器谐波抑制技术成熟，在谐波抑制和无功补偿中应用最为广泛[2]。但需要注意的是，无源滤波器也有着一定的局限性，其主要通过并联低阻抗通路来实现谐波抑制，系统和滤波器的阻抗比决定着滤波特性，这就使得其存在以下两个缺点：首先，运行工况和系统参数会对滤波特性产生较大影响，设计相对困难，谐振频率主要依赖于元件的参数，因此无源滤波器中能够滤除主要谐波，一旦LC参数出现漂移，则滤波特性会受到影响，难以保证滤波性能的稳定性;第二，电网参数和LC可能会影响谐波分量，产生的并联谐振会增加该次谐波分量，从而降低了电网供电质量。

3.2有源电力滤波器

有源滤波器的应用也能够实现谐波抑制作用，主要通过可控的功率半导体将电流注入到电网中，此电流复制与谐波源电流相同，相位与谐波源相反，这就能够保证总谐波电流为零，实现谐波电流补偿。相较于无源滤波器来说，有源电力滤波器有着以下优点：首先，有源电力滤波器不仅能够对各次谐波进行补偿，同时能够实现闪变的抑制，实现无功补偿，功能较多，且性价比相对合理;第二，有源电力滤波器的特性不会受到系统阻抗等相关因素的影响，避免与系统阻抗发生谐振;第三，有源电力滤波器有着自适应的特点，可控性和快速响应性较好。就目前来看，我国对有源电力滤波器的研究越来越深入，随着电力电子技术的进步和相关元器件的发展，有源电力滤波器的应用将会越来越广泛。

4有源功率因数校正技术

开关电源等电力电子装置的使用促进了功率因数校正技术的发展，有源功率因数校正技术应运而生，其不会产生谐波，且保证功率因数为1，是一种新型的变流器[3]。有源功率因数技术的应用不会产生谐波电流和谐波，因此不会涉及到无功补偿和谐波抑制的问题，是一种积极主动地节能较好措施，经济效益明显，在未来的发展过程中，有源功率因数校正技术的应用前景比较广阔。

5结论

综上所述，本文简要分析了电力电子装置无功补偿技术中的并联电容器补偿技术，探讨了三种主要补偿方式的优缺点。分析了谐波抑制技术中无源滤波器和有源电力滤波器的应用，对比了二者的优缺点。最后简要探讨了一种主动节能降耗、不会产生谐波和谐波电流的有源功率因数校正技术。通过分析可知，电力电子装置无功补偿技术和谐波抑制技术是相辅相成的，二者的进步和发展是相互协调的。

作者:张园 单位:唐山曹妃甸实业港务有限公司

参考文献：

[1]何军.电力电子技术与谐波抑制、无功功率补偿技术研究综述[J].电子技术与软件工程,2016(1):243.

[2]常晓,王霜.电力系统谐波抑制和无功补偿装置[J].河南科技,2015(19):124～125.

[3]陈起良.电力电子技术与谐波抑制、无功功率补偿技术研究综述[J].电子技术与软件工程,2013(20):197.