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河北工程大学水电学院河北工程大学水电学院毕业设计课题：无功电容补偿专 业： 发电厂及电力系统院 系： 动力系班 级： 发电一班学 号：姓 名：指导老师： # 2011年5月28日 目录前言 6静止无功补偿技术的现状及其发展趋 61. 静止无功补偿的历史 62. 晶闸管投切电容器（TSC）控制方式63. 投切方式 74. 补偿策略 75. 发展趋势 7 一 、 无功补偿的意义 8 1. 无功功率的产生和影响 82. 无功补偿的作用 93. 影响功率因数的主要因素 94. 无功补偿的一般方法 95. 采取适当措施，设法提高系统自然功率因数 106. 无功电源 107. 无功补偿的意义 118. 结束语 12二、 电力系统谐波的基本特性和测量121. 配网中的谐波源 132. 谐波在配网中的危害 14 3. 配电网谐波治理的对策 144. 结论 14 三、 电压无功控制和九区域控制策略 151. 电压无功控制的原理 152. 九区域控制策略 16四、无功功率补偿装置的分类 16无功补偿装置 ： 17无功补偿装置分类方式： 17A. 按投切方式分类: 171. 延时投切方式 172. 瞬时投切方式 173. 混合投切方式 184. 无功功率补偿装置的应用18B. 无功功率补偿控制器 191. 功率因数型控制器 192. 无功功率（无功电流）型控制器 203. 用于动态补偿的控制器 20滤波补偿系统 20五、无功功率补偿的计算方法 211、 概述 212、 供电系统各种元件电抗的计算 21 a、 系统电抗的计算22 b、 变压器电抗的计算22 c、 电抗器电抗的计算 22 d、 架空线路及电缆线路电抗值的计算223、 短路容量和短路电流计算 234、 计算实例 235、 结论 25 六、无功功率补偿 MTSC装置251. 无功功率补偿原理与实现方法 252. 现有补偿装置存在的问题及解决方法 253. 动态补偿装置数据采集、传输控制方案的实现 273.1 采集传输参数 273.2 采集传输控制参数 283.3 采集传输控制系统方块图及各部分的作用 283.3.1 传感器部分 283.3.2 电量采集控制器 283.3.3 采集传输集中控制器 283.3.4 动态功率因数补偿控制器 293.3.5 电力电容器组及可控硅开关组件 294. 结论 29七、高通和低通滤波器对谐波检测电路检测 291.一种基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测方法 302.采用HPF的谐波电流检测电路 313.采用LPF的谐波电流检测电路314. 仿真电路的建立及其仿真研究325. 结束语35 八、无源谐波滤除装置 351.无源并联滤波器 352. 无源串联滤波器 363. 有源谐波滤除装置37九、选择低压无功功率补偿装置37 如何选择低压无功功率补偿装置 37十、输配电网的无功补偿 381 输电网的无功补偿 382 电抗器补偿 383 串连电容补偿 384 中间同步或静止补偿385 配电网的无功补偿396 相位补偿(亦称功率因数补偿)39十一、电网电压调整 391 利用地区发电厂或枢纽变电所进行中心调压392 调压变压器调压 393 无功补偿调压 394 串联电容补偿调压39A. 电容器无功功率补偿的应用41B. 电容器无功功率补偿 41 电力电容器的补偿功能 41 自愈式低压并联电力电容器的结构特点 41 前言静止无功补偿技术的现状及其发展趋 无功功率补偿是保持电网高质量运行的一种主要手段，也是当今电气自动化技术及电力系统研究领域所面临的一个重大课题，正在受到越来越多的关注。 电网中无功不平衡主要有两方面的原因：一方面是输送部门传送的三相电的质量不高，一方面是用户的电气性能不够好。这两方面的原因综合起来导致了无功的大量存在。在电力系统中，电压和频率是衡量电能质量的两个最重要的指标。为确保电力系统的正常运行，供电电压和频率必须稳定在一定的范围内。频率的控制与有功功率的控制密切相关，而电压控制的重要方法之一就是对电力系统的无功功率进行控制。 1. 静止无功补偿的历史 将电容器与网络感性负荷并联是补偿无功功率的传统方法，在国内外获得了广泛的应用。并联电容器补偿无功功率具有结构简单、经济方便等优点，但其阻抗是固定的，故不能跟踪负荷无功需求的变化，即不能实现对无功功率的动态补偿。随着电力系统的发展，要求对无功功率进行动态补偿，从而产生了同步调相机。它是专门用来产生无功功率的同步电动机，在过励磁或欠励磁的情况下，能够分别发出不同大小的容性或感性无功功率。由于它是旋转电动机，运行中的损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，响应速度慢，难以满足快速动态补偿的要求。 20世纪70年代以来，同步调相机开始逐渐补静止无功补偿装置所取代。早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器型的。饱和电抗器比之同步调相机具有静止、响应速度快等优点，但其铁心需磁化到饱和状态，因而损耗和噪声还是很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，又不能分相调节以补偿负荷的不平衡，所以未能占据主流。 电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将晶闸管的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台，并逐渐占据了静止无功补偿装置的主导地位，于是静止无功补偿装置（SVC）成了专门使用晶闸管的静止无功补偿装置。静止无功补偿装置主要包括晶闸管摧投切电抗器（TCR）和晶闸管投切电容器（TSC）。 2. 晶闸管投切电容器（TSC）控制方式 根据控制物理量的不同可分为功率因数控制、无功功率控制和多参量综合控制。功率因数控制是指根据预先设定的整定功率因数cos，由检测到的电网实际功率因数控制所需的补偿电容容量。电容器组投入后，只有当cosmincos0cosmax，且电压不超过允许值时，能运行于稳定区。无功功率控制是指根据测得的电压、电流和功率因数等参数，计算出应该投入的电容容量，然后在电容组合方式中选出一种最接近但又不会过补偿的组合方式，电容器投切一次到位。如果计算值小于最小一组电容器的容量（下限值），则应保持补偿状态不变。只有当所需容量大于或等于下限值时，才执行要相应的投切。从控制策略来看，采用功率因数控制直接明了，但轻载时容易产生投切震荡，重载时又不易达到充分补偿；而采用无功功率控制，由于检测和控制目标都是同一物理量，技术上合理，但检测难度稍大。但仅根据某一物理量进行控制都有其不足，现阶段广泛采用多参量综合控制，即以功率因数控制为基础，以无功功率控制避免投切振荡，电网电压上限值和负载电流下限值作为控制电容器组投切的约束条件，实现电容器组的智能综合控制。高效率微处理芯片的使用为实现多变量综合控制提供了可能性。比较合理的补偿应做到最大限度地利用补偿设备提高电网的功率因数、不发生过补偿、无投切振荡和无冲击投切。 3. 投切方式 20世纪70年代的补偿柜都是采用机械式交流接触器，至今仍有沿用。但由于接触器三相触头不能分别进行控制，要通则几乎一起接通，要断则几乎一起断开，无法选择最合适相位角投入和切除电容，这样会产生不同的冲击电流。由于冲击电流大，限制了一次投入的电容值，不得不把一次投入的电容值化整为零，分几次投入，这将降低补偿的准确性和减慢响应的速度，而且常会引起接触器触头烧焊现象，使接触器断不开，影响正常工作，实际使用时不得不对触头经常进行维护和更换，这影响了整个装置工作的可靠性和工作寿命，也降低了工作的准确性和动作响应速度。 现在普遍采用单片机控制大功率晶闸管来投切电容，由于具有过零检测、过零触发的优点，响应速度快，合闸涌流小，无操作过电压，无电弧重燃，从而基本上解决了以往投切时交流接触器经常拉弧至于烧结而损坏的不良情况。开关器件可选择晶闸管和二极管反并联，也可选择两个晶闸管反并联方式。采用晶闸管与二极管反并联方式，只要电容器在电源峰值时投入，晶闸管在电流过零时自动切断，无论电容器的投或切，都不会产生冲击电流和过电压，控制简便，电容器无需放电即可重新投入，从而实现电容器的频繁投切，但晶闸管承受的最大反向电压为电源电压峰值的两倍。而采取两个晶闸管反并联方式，在晶闸管关断时，如果电容器残压能迅速放掉，那晶闸管所承受的最大反向电压为电源电压的峰值。两种方式相比，晶闸管反并联方式可靠性更高，即使损坏一个晶闸管，也不会导致电容器误投入，响应速度也比晶闸管和二极管反并联方式快，但投资较大，控制更复杂。 4. 补偿策略 目前可分为三相共补和三相分补两种。三相共补是根据三相总的无功需求来投切电容器组，电容器接法为三角形。三相分补则是根据每相各自的无功需求投切电容器组，电容器接法为星形。 三相共补广泛采用两组晶闸管作为控制器件。为了提高运行的可靠性，防止电容器和晶闸管损坏，晶闸管投入时必须要有过零检测，即只有当晶闸管两端的电压等于零时晶闸管才导通。实际上电压绝对过零很难做到，会存在电流的暂态过程，但只要线路电参数配合合理，这个过程持续时间不长，并很快过渡到稳定状态。值得注意的是，当晶闸管切除后，晶闸管和电容器均存在着很高的残压，这对晶闸管和电容器的耐压也提出了更高的要求。如果器件选择不当或保护不够，常常会造成晶闸管和电容器烧毁。三相共补适用于三相负载较平衡的场合，三相分补对于三相负载不平衡的场合则能做到真正的三相无功平衡。把三相共补和三相分补相结合，便实现补偿综合方案混补，可以用于任何负载。先在三角形接法的电容器组中选择三相共同需要的补偿容量，进行共补，然后在星形接法的电容器组合中选择单相电容器补偿剩余不平衡状况，既避免了过补或欠补现象的出现，又节省了补偿电容的容量，降低了成本，具有很好的经济性。 5. 发展趋势 随着电力电子技术的日新月异以及各门学科的交叉影响，静止无功补偿的发展趋势主要有以下几点： （1）在城网改造中，运行单位往往需要在配电变压器的低压侧同时加装无功补偿控制器和配电综合测试仪，因此提出了无功补偿控制器和配电综合测试仪的一体化的问题。 （2）快速准确地检测系统的无功参数，提高动态响应时间，快速投切电容器，以满足工作条件较恶劣的情况（如大的冲击负荷或负荷波动较频繁的场合）。随着计算机数字控制技术和智能控制理论的发展，可以在无功补偿中引入一些先进的控制方法，如模糊控制等。（3）目前无功补偿技术还主要用于低压系统。高压系统由于受到晶闸管耐压水平的限制，是通过变压器接入的，如用于电气化铁道牵引变电所等。研制高压动态无功补偿的装置则具有重要意义，关键问题是要解决补偿装置晶闸管和二极管的耐压，即多个晶闸管元件串联及均压、触发控制的同步性等。 （4）由单一的无功功率补偿到具有滤波以及抑制谐波的功能。随着电力电子技术的发展和电力电子产品的推广应用，供电系统或负荷中含有大量谐波。研制开发兼有无功补偿与电力滤波器双重优点的晶闸管开关滤波器，将成为改善系统功率因数、抑制谐波、稳定系统电压、改善电能质量的有效手段。 一 、无功补偿的意义 1. 无功功率的产生和影响 在交流电力系统中，发电机在发有功功率的同时也发无功功率，它是主要的无功功率电源；运行中的输电线路，由于线间和线对地间的电容效应也产生部分无功功率,称为线路的充电功率,它和电压的高低、线路的长短以及线路的结构等因素有关。电能的用户（负荷）在需要有功功率 (P)的同时还需要无功功率(Q),其大小和负荷的功率因数有关；有功功率和无功功率在电力系统的输电线路和变压器中流动会产生有功功率损耗(P)和无功功率损耗(Q),也会产生电压降落(U)。 其中P、Q分别为流入输电线（或变压器）的有功功率和无功功率，U 是输电线（或变压器）与P、Q同一点测得的电压,R、X 则分别是输电线（或变压器）的电阻和电抗。 由此可见，无功功率在输电线、变压器中的流动会增加有功功率损耗和无功功率损耗以及电压降落；由于变压器、高压架空线路中电抗值远远大于电阻值，所以无功功率的损耗比有功功率的损耗大，并且引起电压降落的主要因素是无功功率的流动。 一般情况下，电力系统中发电机所发的无功功率和输电线的充电功率不足以满足负荷的无功需求和系统中无功的损耗，并且为了减少有功损失和电压降落，不希望大量的无功功率在网络中流动，所以在负荷中心需要加装无功功率电源，以实现无功功率的就地供应、分区平衡的原则。 许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的无功并不是无用的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已；因此在供用电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。 在功率三角形中，有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数cos，其计算公式为： cos=P/S=P/（P2+Q2）1/2 在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。2. 无功补偿的作用 无功补偿可以收到下列的效益：提高用户的功率因数,从而提高电工设备的利用率;减少电力网络的有功损耗；合理地控制电力系统的无功功率流动，从而提高电力系统的电压水平，改善电能质量，提高了电力系统的抗干扰能力；在动态的无功补偿装置上，配置适当的调节器，可以改善电力系统的动态性能，提高输电线的输送能力和稳定性；装设静止无功补偿器(SVS)还能改善电网的电压波形,减小谐波分量和解决负序电流问题。对电容器、电缆、电机、变压器等，还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。 3. 影响功率因数的主要因素 (1)大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动机的无功消耗占了6070；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的6070。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。 (2)变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的1015，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。 (3)供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。 当供电电压高于额定值的10时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110时，一般无功将增加35左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。 4. 无功补偿的一般方法 无功补偿通常采用的方法主要有3种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。 (1)低压个别补偿: 低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行(如大中型异步电动机)的无功消耗，以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。 (2)低压集中补偿： 低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。 (3)高压集中补偿： 高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的610kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护，补偿效益高。 5. 采取适当措施，设法提高系统自然功率因数 提高自然功率因数是不需要任何补偿设备投资，仅采取各种管理上或技术上的手段来减少各种用电设备所消耗的无功功率，这是一种最经济的提高功率因数的方法。 (1)合理使用电动机； (2)提高异步电动机的检修质量； (3)采用同步电动机：同步电动机消耗的有功功率取决于电动机上所带机械负荷的大小，而无功功率取决于转子中的励磁电流大小，在欠励状态时，定子绕组向电网吸取无功，在过励状态时，定子绕组向电网送出无功。因此，对于恒速长期运行的大型机构设备可以采用同步电动机作为动力。 异步电动机同步运行就是将异步电动机三相转子绕组适当连接并通入直流励磁电流，使其呈同步电动机运行，这就是异步电动机同步化。 (4)合理选择配变容量，改善配变的运行方式：对负载率比较低的配变，一般采取撤、换、并、停等方法，使其负载率提高到最佳值，从而改善电网的自然功率因数。 6. 无功电源 电力系统的无功电源除了同步电机外，还有静电电容器、静止无功补偿器以及静止无功发生器，这4种装置又称为无功补偿装置。除电容器外，其余几种既能吸收容性无功又能吸收感性无功。 (1)同步电机： 同步电机中有发电机、电动机及调相机3种。 同步发电机： 同步发电机是唯一的有功电源，同时又是最基本的无功电源，当其在额定状态下运行时，可以发出无功功率： Q=Ssin=Ptg 其中:Q、S、P、是相对应的无功功率、视在功率、有功功率和功率因数角。 发电机正常运行时,以滞后功率因数运行为主,向系统提供无功，但必要时,也可以减小励磁电流,使功率因数超前,即所谓的进相运行，以吸收系统多余的无功。 同步调相机: 同步调相机是空载运行的同步电机，它能在欠励或过励的情况下向系统吸收或供出无功，装有自励装置的同步电机能根据电压平滑地调节输入或输出的无功功率，这是其优点。但它的有功损耗大、运行维护复杂、响应速度慢，近来已逐渐退出电网运行。 并联电容器： 并联电容器补偿是目前使用最广泛的一种无功电源，由于通过电容器的交变电流在相位上正好超前于电容器极板上的电压，相反于电感中的滞后，由此可视为向电网发?quot;无功功率： Q=U2/Xc 其中：Q、U、Xc分别为无功功率、电压、电容器容抗。 并联电容器本身功耗很小，装设灵活，节省投资；由它向系统提供无功可以改善功率因数，减少由发电机提供的无功功率。 静止无功补偿器： 静止无功补偿器是由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制。当电压变化时静止补偿器能快速、平滑地调节，以满足动态无功补偿的需要，同时还能做到分相补偿；对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性；但由于晶闸管控制对电抗器的投切过程中会产生高次谐波，为此需加装专门的滤波器。 静止无功发生器： 它的主体是一个电压源型逆变器，由可关断晶闸管适当的通断，将电容上的直流电压转换成为与电力系统电压同步的三相交流电压，再通过电抗器和变压器并联接入电网。适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变其运行工况，使其处于容性、感性或零负荷状态。 与静止无功补偿器相比，静止无功发生器响应速度更快，谐波电流更少，而且在系统电压较低时仍能向系统注入较大的无功。 7 . 无功补偿的意义国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高带来了电力负荷的高速增长。尤其是近两、三年来，由于电力负荷增长迅猛，而发电装机容量和输配电能力不足，造成全国近20个省市电力供应紧张，部分省市出现限电拉闸 1。与此同时，随着电力市场的开放，电力用户对电能质量的要求也在提高；电力生产与供应企业也比以往任何时候都重视电力系统运行的经济性。 电力系统运行的经济性和电能质量与无功功率有重大的关系。无功功率是电力系统一种不可缺少的功率。大量的感性负荷和电网中的无功功率损耗，要求系统提供足够的无功功率，否则电网电压将下降，电能质量得不到保证。同时，无功功率的不合理分配，也将造成线损增加，降低电力系统运行的经济性。无功功率从何而来？显然，发电机提供的无功功率相对负荷和网络对无功功率的需求来说只是“杯水车薪”，仅仅依靠发电机提供无功功率也是极不经济的。无功功率最主要的来源是利用各种无功功率补偿（以下简称无功补偿）设备在电力系统的各个环节进行无功补偿。因此，无功补偿是电力系统的重要组成部分，它是保证电能质量和实现电力系统经济运行的基本手段。低压电力用户量大面广，其负荷的功率因数又大都比较低，因此在低压电网中进行无功功率的就地补偿是整个电力系统无功补偿的重要环节。低压电网的无功补偿主要采用并联电容器进行，它包括固定电容器（FC）补偿和自动投切电容器的动态补偿以及两者混合补偿等方式。 电力负荷是随时变化的，所需要的无功功率也是随时变化的，为了维持无功平衡，要求无功补偿设备实行动态补偿，即要根据无功负荷的变化及时投切电容器。以往的低压动态无功补偿设备以机械开关（接触器）作为电容器的投切开关，机械开关不仅动作速度慢，而且会产生诸如涌流冲击、过电压、电弧重燃等现象，开关本身和电容器都容易损坏。据调查，我国过去使用的自动投切电容器无功补偿装置在使用3年后损坏率达752。随着电力电子技术和微机控制技术的迅速发展和广泛应用，出现了智能型的动态无功补偿装置。这种以电力电子器件作为无功器件（电容器、电抗器）的控制或开关器件的动态无功补偿装置被称为静止无功补偿装置（SVC：Static Var Compensator）。SVC是动态无功补偿技术的发展方向，它正成为传统无功补偿装置的更新换代产品。8.结束语 本文集中探讨了功率因数对广大供电企业的影响以及提高功率因数所带来的经济效益和社会效益，介绍了影响功率因数的主要因素和提高功率因数的几种方法，还讨论了目前所通用的几种无功电源及其特点。这对供电企业是十分有益的。在电力系统中的变电所或直接在电能用户变电所装设无功功率电源,以改变电力系统中无功功率的流动,从而提高电力系统的电压水平，减小网络损耗和改善电力系统的动态性能，这种技术措施称为无功功率补偿。无功功率指的是交流电路中，电压U与电流I存在一相角差时,电流流过容性电抗(XC)或感性电抗(XL)时所形成的功率分量（分别为）。这种功率在电网中会造成电压降落（感性电抗时）或电压升高（容性电抗时）和焦耳（电阻发热）损失，却不能做出有效的功。因而需要对无功功率进行补偿。合理配置无功补偿（包括在什么地点、用多大容量和采用何种型式）是电力系统规划和设计工作中一项重要内容。在运行中,合理使用无功补偿容量，控制无功功率的流动是电力系统调度的主要工作之一。 二、 电力系统谐波的基本特性和测量谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率是基波频率的整数倍数。理论上看，非线性负荷是配电网谐波的主要产生因素。非线性负荷吸收电流和外加端电压为非线性关系，这类负荷的电流不是正弦波，且引起电压波形畸变。周期性的畸变波形经过傅立叶级数分解后，那些大于基频的分量被称作谐波。非线性负荷除了产生基频整次谐波外，还可能产生低于基频的次谐波，或高于基波的非整数倍谐波。电力系统中出现系统短路、开路等事故，而导致系统进入暂态过程引起的谐波，将不归属谐波治理的范畴。 要治理谐波改善供电品质，需要了解谐波类型。谐波按其性质和波动的快慢可分成四类：准稳态谐波、波动谐波、快速变化的谐波和间谐波四类。因其多样性和随机性，在实际工作中，要精确评估谐波量值非常困难，所以在IEC 6100-4-7标准中对前三类谐波进行了规定，推荐采用数理统计的方法对谐波进行测量。兼顾数理统计和数据压缩的需要，标准对测量时段以及通过测量值计算谐波值提出了表1建议。国标GB/T 14549-1993采用观察期3s有效测量的各次谐波均方根值的95%概率作为评价谐波的标准。为简便实用，将实测值按由大到小的方式排序，在舍去前5%个大值后剩余的最大值，近似作为95%的概率值。实际工作中，通常采用谐波测试仪来监测和分析谐波。一般来说，将用户接入公用电网的公共连接点作为谐波监测点，测量该点的电压和注入公共电网的电流后，通过对电压和电流的分析，取得谐波测量资料。相对单点的谐波测量而言，从区域或整个电网角度来看，谐波源的定位和确定谐波模型进而分析它是一个相对复杂的过程。谐波源定位，一般采用功率方向法和瞬时负荷参数分割法。而谐波模型分析的方法一般有三种：非线性时域仿真、非线性和线性频率分析。三种方法的相同点是对电网作适当的线性化处理，只是在处理非线性设备时采取了不同的模拟方式。1. 配网中的谐波源严格意义上讲，电力网络的每个环节，包括发电、输电、配电、用电都可能产生谐波，其中产生谐波最多位于用电环节上。发电机是由三相绕组组成的，理论上讲，发电机三相绕组必须完全对称，发电机内的铁心也必须完全均匀一致，才不致造成谐波的产生，但受工艺、环境以及制作技术等方面的限制，发电机总会产生少量的谐波。输电和配电系统中存在大量的电力变压器。因变压器内铁心饱和，磁化曲线的非线特性以及额定工作磁密位于磁化曲线近饱和段上等诸多因素，致使磁化电流呈尖顶形，内含大量奇次谐波。变压器铁心饱和度越高，其工作点偏离线性就越远，产生的谐波电流就越大，严重时三次谐波电流可达额定电流的5%。用电环节谐波源更多，晶闸管式整流设备、变频装置、充气电光源以及家用电器，都能产生一定量的谐波。晶闸管整流技术在电力机车、充电装置、开关电源等很多方面被普遍采用。它采用移相原理，从电网吸收的是半周正弦波，而留给电网剩下的半周正弦波，这种半周正弦波分解后能产生大量的谐波。有统计表明，整流设备所产生的谐波占整个谐波的近40%，是最大的谐波源。变频原理常用于水泵、风机等设备中，变频一般分为两类：交-直-交变频器和交-交变频器。前者将380V 50Hz工频电源经三相桥式可控硅整流，变成直流电压信号，滤波后由大功率晶体开关元件逆变成可变频率的交流信号。后者将固定频率的交流电直接转换成相数一致但频率可调的交流电。两者均采用相位控制技术，所以在变换后会产生含复杂成分(整次或分次)的谐波。因变频装置一般具有较大功率，所以也会对电网造成严重的谐波污染。充气电光源和家用电器更是常见的谐波源，如荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯应用气体放电原理发光，其伏安特性具有明显的非线性特征。计算机、电视机、录像机、调光灯具、调温炊具、微波炉等家用电器，因内置调压整流元件，会对电网产生高次奇谐波；电风扇、洗衣机、空调器含小功率电动机，也会产生一定量的谐波。这类设备功率虽小，但数量多，也是电网谐波源中不可忽视的因素。2. 谐波在配网中的危害谐波对于配电系统的影响，表现在对线路上所配置的保护及测量设备的影响。因这些设备一般采用电磁式继电器、感应继电器元件，容易接受谐波干扰而误动和拒动，系统中存在的不明原因的误动和拒动，与谐波不无关系。所以谐波超标，会严重威胁配电系统的安全稳定运行。谐波会大大增加电力变压器的铜损和铁损，降低变压器有效出力，谐波导致的噪声，会使变电所的噪声污染指数超标，影响工作人员的身心健康。对于电力电容器，谐波会导致端电压升高，损耗加大，电容器发热，加速老化，从而缩短使用寿命。配网中使用大量异步电动机，产生的谐波会增加附加损耗。负序谐波产生的负序旋转磁场，会产生制动力矩，影响电动机的有功出力。对断路器而言，无论其构成元件为电磁的、还是热磁的、亦或电子的，都可能受谐波的影响误动。电能表是评价电能消耗重要而基本的测量工具，是用户缴费的凭证，而谐波可能使电能计量产生较大误差，严重时会导致计量混乱。同样，谐波也是引起录波装置误启动，保护误动和拒动的重要因素。此外，谐波会通过静电感应、电磁感应以及传导等多种方式耦合进通讯系统，影响它们的正常运行。对于人体，谐波会刺激人体细胞，使正常的细胞膜电位发生快速波动或可逆的翻转，当这种波动或翻转频率接近谐波频率时，会影响人体大脑与心脏。3. 配电网谐波治理的对策既然谐波存在多方面的危害，采取必要的有效手段，避免或补偿已产生的谐波，就显得尤为重要。可归纳以下治理措施：(1)加强标准和相应规范的宣传贯彻。IEC 6100以及国标GB/T 14549-1993，对于谐波定义、测量等进行了宣传，明确谐波治理是一项互惠互利、节能增效，是保证电网和设备安全稳定运行的举措；(2)主管部门对所辖电网进行系统分析，正确测量，以确定谐波源位置和产生的原因，为谐波治理准备充分的原始材料；在谐波产生起伏较大的地方，可设置长期观察点，收集可靠的数据。对电力用户而言，可以监督供电部门提供的电力是否满足要求；对于供电部门而言，可以评估电力用户的用电设备是否产生了超标的谐波污染。(3)针对谐波的产生和传播的特点，采取相应的隔离、补偿和减小措施。在配电网中，主要存在的是三次谐波污染，可以在谐波检测的基础上，通过适当加装滤波设备来减小谐波注入电网。对于各种电气设备的设计者，在设计初始，就要考虑其设备的谐波污染度，将谐波限制在标准允许的范围内。(4) 加强管理，多方出资，共同治理。谐波的治理，需要大量的投资，不能仅仅靠供电部门，要调动电力供需环节中的各个方面，在分清谐波来源基础上，走共同治理之路。4. 结论谐波治理是综合治理过程，是改善供电品质的重要手段。GB/T 14549-1993电能质量公用电网谐波对电网各级电压谐波水平进行了量化限制，对用户注入公用电网的谐波电流也进行了相应的规定，在主网、城网中，谐波治理有明确的规定和要求，而日益发展的农村电网对有关谐波的治理并未引起足够的重视，认识还有待提高。目前农网中的高压配电的许多用户，对谐波的危害也没有引起足够的重视，往往认为谐波治理是电力部门的事情，是一种单边行为，就此而言，作为电力归口管理部门有必要加强谐波治理方面的宣传，强调谐波治理的重要性和投资回报。在对谐波准确测量的基础上，提出适合用户的治理方案。这样做，不仅能够改善整个网络的电力品质，同时也能延长用户设备使用寿命，提高产品质量，降低电磁污染环境，减少能耗，提高电能利用率。三、 电压无功控制和九区域控制策略电力系统中电压和无功功率的调整对电网的输电能力、安全稳定运行水平和降低电能损耗有极大影响。因此，要对电压和无功功率进行综合控制，保证实现包括电力部门和用户在内的总体运行技术指标及经济指标最佳。1. 电压无功控制的原理（1）调控原理介绍单一的辐射形网络的等值电路如图1所示。图中各参数以标么值表示，US为系统电源电压，看作是恒定值。RST、XST为高压网与变压器的总电阻、电抗，RL、XL为10KV线路的电阻和电抗，调节量为变压器变比n和补偿电容器QC。由图写出各节点的电压方程式：US- UH=PLRS+(QL-QC)XS/UH (1)UD-UL=(RL+XLtgL)PL/UL (2)UH-UD=PLRT+(QL-QC)XT/UD (3)UD=UH/n（2）电压调节对无功功率的影响 当利用有载调压变压器分接头对低压侧电压调节时，不但改变了电压的高低，而对无功功率也有调节作用。由图1可知，当忽略变压器等值电阻的影响，电容器组退出，不考虑电容器的影响时，式(3)可表示为UH-UD=QLXT/UD，可推得QL=(UH-UD)UD/XT (4) 当考虑到UH=nUD，式(4)可改为QL=(n-1)UD2/XT。对于变压器变比n和XT均为常数，变压器向系统吸取的无功功率与电压的平方UD2成正比。变压器负荷为综合性负荷，变压器向系统吸取的无功功率在低压侧额定电压UDN附近斜率会更大。所以当利用有载调压变压器的分接头开关调大变压器变比n，降低了低压侧的电压UD时，QL将随之变小，即负荷向系统吸取的无功减少了。当调高UD时，负荷向系统吸取的无功功率QL也随之增加。（3）投退电容器组对电压的影响 在变压器低压侧母线上投入并联电容器组，假设投入的电容器组电容量为C，相应补偿无功功率为QC，则式(3)可改写为式(5)，可见投入电容器组后，负荷向系统吸取的无功功率变小，无功功率引起的电压损耗也变小，即变压器负荷侧的电压就升高。 UQ=(QL-QC)/UDXT (5) 值得注意的是，当系统已处于最小负荷或无负荷状态时，如果不切除已投入的电容器组，将会产生多余的有功功率损耗，电压也会严重升高，超过限制电压。关于这一点可以从以下分析看出：当电流流过变压器等值阻抗ZT时，不但产生电压损耗，还产生有功和无功功率损耗。其中有功功率损耗表示为 P=RT(PL2+QL2)/UD2 (6) 同理可得无功损耗 Q=XT(PL2+QL2)/UD2 (7) 有功功率的损耗是由两项组成的。第一项RTPL2/ UD2与无功功率有关，第二项与无功功率有关的有功损耗，记为PQ= RT QL2/UD2，在最小负荷时QL=Qmin，如果电容器组C未切除，这时有功损耗表示为式(8)，式中RT为变压器折算到低压侧的等值电阻值。 PQ=( Qmin- QC)2/ UD2 RT (8) 在空载时，如电容器组C未切除，虽然Qmin=0，但是仍然存在多余的有功损耗 PQ= (- QC)2 RT / UD2 在最小负荷或空载时，根据式(3)，这时电压损耗可以表示为式(9)。显然这时 UH-UD变小了很多，即变压器低压侧电压UD严重升高，这对于用户将产生危险。因此在减负荷时，电容器组应相应退出若干容量，以防电压过高及产生多余的有功损耗。UH-UD=PminRT+(Qmin-QC)XT/UD (9)2. 九区域控制策略我局35KV变电站每站都有两台带负荷调节的主变压器，低压10KV母线分段，两段母线上各接有一组电容器组。把变压器低压侧电压UD分为高压区UH、低压区UL和正常区域；把无功功率总量Q也划分为上限区QH或cosL、下限区QL或cosH及正常区域。于是UQ平面被划分为9个区域，如图2所示。其中只有“9”区间是满足运行条件。QH相当于吸取无功总量，对应于负荷低值功率因数cosL；QL对应于高值功率因数cosH 。 第1区域：电压与功率因数都低于下限，优先投入补偿电容器。如果电压仍低于下限，则再调节变压器分接头升压，使电压水平满足要求。 第2区域：电压低于下限和功率因数正常，先调节变压器分接头升压，如分接头已无法调节时，则强投补偿电容器。 第3区域：电压低于下限和功率因数高于上限，应调节变压器分接头升压，直到电压正常。如功率因数仍高于上限，才能切补偿电容器。 第4区域：电压正常而功率因数低于下限，投入补偿电容器，直到正常。 第5区域：电压正常而功率因数高于上限，切除补偿电容器，直到正常。 第6区域：电压高于上限和功率因数低于下限，应调节变压器分接头降压，直至电压正常。如功率因数仍低于下限，才能投入补偿电容器。 第7区域：电压高于上限，但功率因数正常，调节变压器分接头降压，如分接头已调到限值，而电压仍高于上限，则强切补偿电容器。 第8区域：电压与功率因数都高于上限，先切补偿电容器。如电压仍高于上限，则再调节变压器分接头降压，使电压水平满足要求。 在以上八个区域的调节控制中，如果单纯电压偏差，无功功率正常（第2、7区域）就只调电压；单纯无功功率越限，电压正常（第4、5区域）就只投退电容器。如果电压和无功两者均越限，若先调分接头升降电压，会造成无功功率越限得更多时（第1、8区域），则以先调无功功率为原则，后根据具体情况再决定是否调分接头；若先调分接头升降电压，无功功率有回到正常状态的趋势（第3、6区域）则应先调分接头升降电压。具体以第1和第3区域为例说明。第1区域中QQH 、UUL，两者均越限。当调有载分接头开关，使U升高时，负荷吸取的无功Q增大，将使无功更加越限。因此应先投入电容器组，降低Q并使QQH后，视电压变化情况再调有载分接头开关位置。第3