抑制諧波與提高功率因素一、抑制諧波諧波的概念諧波是一系列的正弦波，其頻率是基波的整數(shù)倍這一系列的正弦波中，存在無(wú)數(shù)種頻率不同、幅值不同的頻率波，這些正弦波會(huì)造成電力系統(tǒng)中的正弦電流以及電力系統(tǒng)電壓不對(duì)稱，對(duì)系統(tǒng)造成非常嚴(yán)重的危害。諸波的產(chǎn)生電力系統(tǒng)向非線性設(shè)備以及負(fù)荷設(shè)備供電時(shí)會(huì)產(chǎn)生高次諧波電力系統(tǒng)向這些設(shè)備傳遞和供給基波能量的同時(shí)，也將一部分的基波能量轉(zhuǎn)換為諧波能量，進(jìn)而產(chǎn)生高次諧波，這一系列高次諧波導(dǎo)致電力系統(tǒng)中的電壓和電流波嚴(yán)重畸變，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性造成巨大的影響。諧波對(duì)公用電網(wǎng)的危害諧波使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的三次諧波流過(guò)中性線會(huì)使線路過(guò)熱甚至發(fā)生火災(zāi)。諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作，使電機(jī)發(fā)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過(guò)熱，使變壓器局部嚴(yán)重過(guò)熱，使電容器、電纜等設(shè)備過(guò)熱、絕緣老化、壽命縮短以致?lián)p壞。諧波會(huì)引起電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，會(huì)使1)和2)兩項(xiàng)的危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故。諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并使電氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確。諧波會(huì)對(duì)臨近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，重者導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無(wú)法正常工作。諸波的抑制1)主動(dòng)型諧波抑制利用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)：PWM技術(shù)，就是在所需的頻率周期內(nèi)，通過(guò)半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通和關(guān)斷把直流電壓調(diào)制成等幅不等寬的系列交流電壓脈沖，可達(dá)到抑制諧波的目的。若要消除某次特定諧波，可在控制PWM輸出波形的各個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)刻，保證四分之一波形的對(duì)稱性，根據(jù)輸出波形的傅里葉級(jí)數(shù)展開式，使需要消除的諧波幅值為零，基波幅值為給定量，組成非線性超越方程組計(jì)算各個(gè)開關(guān)通斷時(shí)刻，達(dá)到消除指定諧波和控制基波幅值的目的oPwM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是在載波頻率高時(shí)，輸出中所含低次諧波分量很小，從而提供了功率因數(shù)。目前被采用的PWM技術(shù)有最優(yōu)脈寬調(diào)制（OPWM）、改進(jìn)正弦脈寬調(diào)制、△調(diào)制、跟蹤型PWM和自適應(yīng)PWM控制等。裝用D，yn11接法的隔離變壓器：其一次為三角形聯(lián)結(jié)，3的奇次倍諧波在原邊繞組內(nèi)形成環(huán)流，不至于將諧波電流注入公共電網(wǎng)造成污染。此外，D,ynll聯(lián)結(jié)組別變壓器還能提供更小的零序阻抗，有利于切除單相接地故障。增加換流裝置的脈動(dòng)數(shù)：換流裝置是電網(wǎng)中的主要諧波源之一，其產(chǎn)生的諧波主要集中在特征諧波，非特征諧波含量通常很少，特征頻譜為:n=kp士1,則可知脈動(dòng)數(shù)p增加，n也相應(yīng)增大，而工n、工1/n,故諧波電流將減少。因此，增加整流脈動(dòng)數(shù)，可平滑波形，減少諧波。例如:當(dāng)脈動(dòng)數(shù)由6增加到l2時(shí)，可有效的消除幅值較大的低頻項(xiàng)，從而使諧波電流的有效值大大降低。2）被動(dòng)型諧波抑制無(wú)源電力濾波器：原理：傳統(tǒng)的補(bǔ)償無(wú)功和抑制諧波的主要手段，一種用并聯(lián)濾波器濾除諧波的典型電路結(jié)構(gòu)，通常是根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的功能由電力電容器、電抗器和電阻組合。一個(gè)簡(jiǎn)單的串聯(lián)LC電路與諧波源并聯(lián)，應(yīng)用其諧振原理，使某一次諧波在這個(gè)支路發(fā)生諧振，呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，使該次諧波電流不再流入電網(wǎng)，達(dá)到抑制該次諧波的目的。如果要濾除若干次諧波，就用若干個(gè)單調(diào)諧LC濾波器并聯(lián)接到電網(wǎng)。優(yōu)點(diǎn)：因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電壓和容量可以做得很大，在吸收諧波的基礎(chǔ)上還可以補(bǔ)償無(wú)功，改善功率因數(shù)；維護(hù)方便；造價(jià)低，運(yùn)行費(fèi)用也低；對(duì)某一次高次諧波吸收效果明顯；設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)成熟。因此成為傳統(tǒng)的補(bǔ)償無(wú)功和抑制諧波的主要手段。缺點(diǎn)：在系統(tǒng)中為諧波提供一并聯(lián)低阻通路，因此由于結(jié)構(gòu)原理上的原因，在應(yīng)用中存在著一些難以克服的缺點(diǎn)（1）只能抑制按設(shè)計(jì)要求規(guī)定的諧波成分，抑制較低次諧波的單調(diào)諧濾波器只對(duì)調(diào)諧點(diǎn)的濾波效果明顯，而對(duì)偏離調(diào)諧點(diǎn)的諧波無(wú)明顯效果。而實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)考慮到設(shè)計(jì)投資，不可能依靠增加濾波器的辦法解決。（2）濾波特性受系統(tǒng)參數(shù)影響較大，濾波效果隨系統(tǒng)運(yùn)行情況而變化，當(dāng)系統(tǒng)阻抗和頻率波動(dòng)時(shí)，濾波效果變差。特別是對(duì)電網(wǎng)阻抗和頻率的變化十分敏感，在一個(gè)復(fù)雜的電力系統(tǒng)中，這兩個(gè)參數(shù)的變化規(guī)律很難精確預(yù)知，因此一個(gè)實(shí)際的濾波器要達(dá)到理想的濾波效果是很難的。（3）當(dāng)系統(tǒng)阻抗和頻率變化時(shí)，可能與系統(tǒng)發(fā)生串聯(lián)或者并聯(lián)諧振，從而會(huì)產(chǎn)生諧波放大現(xiàn)象，使裝置無(wú)法運(yùn)行，甚至使整個(gè)濾波系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。有源電力濾波器：有源電力濾波器是一種能夠彌補(bǔ)無(wú)源濾波器不足的一種新型諧波抑制設(shè)備，是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無(wú)功的新型電力電子裝置，它能對(duì)大小變化的諧波以及變化的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償。它的基本原理是從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。其應(yīng)用可克服LC無(wú)源濾波器等傳統(tǒng)諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償方法的缺點(diǎn)，與傳統(tǒng)無(wú)源濾波器相比，具有突出的優(yōu)點(diǎn)，概括起來(lái)主要有：（1）實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可對(duì)頻率和大小都變化的諧波以及變化的無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)補(bǔ)償對(duì)象的變化有極快的響應(yīng)。（2）可同時(shí)對(duì)諧波和無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償無(wú)功功率時(shí)不需要儲(chǔ)能元件，補(bǔ)償諧波時(shí)所需要儲(chǔ)能元件容量也不大，且補(bǔ)償無(wú)功功率的大小可做到連續(xù)調(diào)節(jié)。即使補(bǔ)償電流過(guò)大，有源電力濾波器也不會(huì)發(fā)生過(guò)載，并能正常發(fā)揮補(bǔ)償作用。（3）受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不容易和電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振。（4）能跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，故補(bǔ)償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響。（5）既可對(duì)一個(gè)諧波和無(wú)功源單獨(dú)補(bǔ)償，也可對(duì)多個(gè)諧波和無(wú)功源集中補(bǔ)償?；谟性礊V波器的上述優(yōu)點(diǎn)，采用有源電力濾波器是對(duì)諧波進(jìn)行抑制的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)因而受到廣泛的重視，對(duì)于保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性具有重要意義，具有廣闊的應(yīng)用前景。二、提高功率因素功率因素的定義在交流電路中，電壓與電流之間的相位差（）的余弦叫做功率因數(shù)，用符號(hào)cos表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cos=P/S功率因數(shù)的大小與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)，如白熾燈泡、電阻爐等電阻負(fù)荷的功率因數(shù)為1，一般具有電感或電容性負(fù)載的電路功率因數(shù)都小于1。無(wú)功功率的危害1）無(wú)功功率會(huì)導(dǎo)致電流增大和視在功率的增加，導(dǎo)致設(shè)備容量的增加。2）無(wú)功功率增加，會(huì)使總電流增加，從而使設(shè)備和線路的損耗增加。3）無(wú)功功率使線路壓降增大，沖擊性無(wú)功負(fù)載還會(huì)使電壓劇烈波動(dòng)。功率因素的提高（1）提高自然功率因數(shù)。合理選擇電器設(shè)備．避免變壓器輕載運(yùn)行，合理安排工藝流程，改善機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況。自然功率因數(shù)是在沒(méi)有任何補(bǔ)償情況下，用電設(shè)備的功率因數(shù)。提高自然功率因數(shù)的方法有：①合理選擇異步電機(jī)；②避免電力變壓器輕載運(yùn)行；③合理安排和調(diào)整工藝流程，改善機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況;④在生產(chǎn)工藝條件允許的情況下,采用同步電動(dòng)機(jī)代替異步電動(dòng)機(jī)。（2）通過(guò)人工補(bǔ)償提高功率因數(shù)。實(shí)際中可使用電路電容器或調(diào)相機(jī)，一般多采用電力電容器補(bǔ)償無(wú)功，即：在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器——在感性負(fù)載上并聯(lián)電容器的方法可用電容器的無(wú)功功率來(lái)補(bǔ)償感性負(fù)載的無(wú)功功率，從而減少甚至消除感性負(fù)載于電源之間原有的能量交換。在交流電路中，純電阻電路，負(fù)載中的電流與電壓同相位，