一、前言
本学期，苏州XXX电力公司为我们开设了《电能需求侧管理》与《电能质量分析与控制》两门课程。
通过对相关课程的学习以及对网络与图书馆相关资料的学习了解，我对电能质量及相关方面有了更深认识。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恰当，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；治理谐波的装置通常也是补偿无功的装置。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。
二、何为谐波通信与信息管理
电力系统中除基本波(50/60Hz)外，任一周期性讯号，都称为谐波。
“谐波”一词起源于声学。有关谐波的数学分析在18世纪和19微生物添加剂>烘手机世纪已经奠定了良好的基础。傅里叶等人提出的谐波分析的方法至今仍被广泛应用。电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文。70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。谐波研究的意义，是因为谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使
用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰
三、无功补偿
细胞培养工作站无功补偿应包含对基波无功功补偿和对谐波无功功率的补偿。无功功率对供电系统和负荷的运行都是十分重要的。电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的。因此，粗略地说，为了输送有功功率，就要求送电端和受电端的电压有一相位差，这在相当宽的范围内可以实现；而为了输送无功功率，则要求两端电压有一幅值差，这只能在很窄的范围内实现。不仅大多数网络元件消耗无功功率，大多数负载也需要消耗无功功率。网络元件和负载所需要的无功功率必须从网络中某个地方获得。显然，这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法应是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，这就是无功补偿。
四、无功补偿的原理
无功补偿，补偿的是系统提供的无功分量。一般情况下，电力公司或者电力局对某个工矿企业进行功率因数的考察，要求该企业的功率因数要达到0.9或者0.95以上之类。那么这个考核点在什么地方呢？一般都是在变压器的二次侧。例如电力系统接入工矿企业的是10KV/400V的变压器，或者35KV/10KV耐高温润滑油的变压器，对于功率因数的考核点，前者是在400V侧，后者是在10KV侧。
五、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。另外，针对无功补偿系统的调谐频率，如果电网中存在该特定频率的谐波电流源，则该谐波将直接被放大严重时还会发生并联谐振或串联谐振。系统谐振将导致谐波电压和电流明显地高于在无谐振情况下出现的谐波电压和电流
六、能同时实现无功补偿与谐波治理的装置
6.1 无源滤波器
在有谐波背景的电网中，为了滤除谐波，就要为谐波提供一条释放路径即保留基波而使谐波短路也就是使谐波通过滤波器直接流回谐波源而不注入系统。为此，可采用一种ＬＣ无源滤波器，常用的是单调谐滤波器，它由适当数值的电容、电感和电阻组合而成（如图1所示）。通过设置参数，使得在需要滤除的谐波频率上装置的感抗和容抗相等而抵消，即在调谐频率上滤波器呈现低阻抗，这样该频次谐波就可顺利通过滤波器并返回谐波源，从而达到滤除谐波的目的。
而对于非调谐的基波和其它次谐波滤波器则呈现高阻抗，带来的影响很小。除了上述针对某次谐波频率而设置的滤波器外常用的还有一种高通滤波器如图所示，它对于某一频率以后的所有频率都呈现低阻抗，可滤除多种高次谐波。在实际工程应用中，根据供电系统中谐波的组成成份往往设置两组ＬＣ滤波器，一组为单调谐滤波器用来滤除含量较大的某次谐波；另一组为高通滤波器可对高次谐波实现减幅。
图1 单调谐滤波器高通滤波器
上述调谐滤波器实现起来非常简单，就是在原来并联电容器的支路上串接一个适当大小的电抗器。此时，整个补偿电容器支路对谐波源基波仍呈容性保持其无功补偿作用不变。而对高次谐波补偿支路则呈感性避免了与系统形成电流谐振消除或减小了由于补偿电容所引
起的谐波电流放大现象。如何选择电抗器的大小呢？目前我国并联电容器配置电抗器的电抗率Ｋ（K=XKＫ＝ＸＫ／ＸＣ，ＸＫ为电抗器的基波感抗ＸＣ为电容器的基波容抗）主要有４种：＜０．５％，４．５％，6%,12%。配置Ｋ＜０．５％电抗器的主要目的是限制电容器的合闸涌流；当采用电抗率为４．５％或６％的串联电抗器时，可抑制５次以上的谐波电流；当采用电抗率为１２％的串联电抗器时，可抑制３次以上的谐波电流。
另外需注意，上述装置对谐振频率要求非常严格。若谐振点漂移，将有可能放大谐波电流，因此必须保证电抗器和电容器的数值不能因温度、环境等因素而发生变化。为满足此要求，滤波电抗器应采用电抗值可调的空芯或铁芯电抗器制造精度要求为正误差。对于电容器，最好选用制造精度为正误差具有防爆、损耗低、放电特性好等特点的谐波滤波电容器。在确定其额定电压等级时，需考虑串联电抗器产生的电压降及谐波电压的影响，一般应选择高于系统电压。另外，在系统运行中，电容器组经常需要分组投切，此时就要根据补偿容量和谐波要求来解决各组间的配合问题。随着电力电子技术的发展，用晶闸管实现的静止无功补偿装置因其优良的性能而被广泛应用。
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