电力系统谐波抑制及无功补偿方法的研究文献综述报告

电力系统谐波抑制及无功补偿方法的研究文献综述报告辽宁工业大学硕士研究生

研究方向: 电力系统谐波抑制

及无功补偿方法的研究

+++ 研究生:

11+++ 学号:

+++ 指导教师:

专业: 电气工程

辽宁工业大学研究生学院

文献综述

21 世纪能源与环境问题成为人类发展必须面对的重要问题，如何在保证可持续发展和保持良好环境的前提下为人类提供安全可靠、优质经济的电能，是电力系统面临的主要问题。国家“十一五”规划《纲要》提出推进国民经济和社会信息化，切实走新型工业化道路，坚持节约发展、清洁发展、安全发展，实现可持续发展。纲要明确指出:通过开发推广节能技

[1]术，实现技术节能。为电力工业的建设提出了明确要求。电力系统也是一种“环境”，面临着污染，各种电力电子装置所消耗的无功功率使电网的供电质量恶化，公用电网中的谐波电

[2]流和谐波电压是对电网环境影响最严重的一种污染。一方面是因为电力电子装置自身的非线性使得电网电压、电流发生畸变，产生了严重的谐波污染;另一方面是因为大多数电力电

[3]子装置本身功率因数很低，其无功需求给电网带来额外负担，会严重影响电网供电质量。

无功、谐波给电力系统和用户带来的负面影响主要有增大各类电气设备的额定电压和额定电流，引起额外的功率损耗，导致设备用电效率降低;“谐波影响各种电气设备的正常工作，导致继电保护和自动控制装置的误动作;对通信系统产生干扰，使其无法正常工作;谐波会

[4]引起公用电网中局部的并联和串联谐振”电网的谐波和无功问题日益突出，整个供配电系统的安全运行存在较大的隐患。世界各国电力系统近年来纷纷采用了动态无功补偿装置和谐

[5]波治理装置来提高电网的电能质量。电力电子装置的广泛应用,不但要消耗大量的无功功率,还有产生大量的谐波电流。因此,进一步深入无功补偿和谐波抑制的研究具有非常重要的意

[6]义，对无功补偿和谐波抑制的方法研究是今后一个重大研究课题。

1.国内外无功补偿和谐波抑制的研究

1.1国内外无功补偿的研究

无功功率补偿技术随着电力系统的出现而出现，并随着电力工业的发展和电力负荷的多样性而不断进步。电力系统发展到现在已出现三代无功补偿技术:同步发电机补偿、同步调相机补偿、并联电容器补偿、并联电抗器补偿等属于第一代补偿技术;基于自然关断晶闸管技术的SVC(相控电抗器(TCR)、磁控电抗器(MCR))属于第二代无功补偿技术;基于IGBT、IGCT等大功率可控器件的补偿装置SVG(Static VAR Genarator)属于第三代无功补偿技术。SVG是当前世界上最先进也是最复杂的补偿技术产品，它不再采用大容量的电容器、电抗器，而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功补偿的变换，在响应速度、稳定电网电压、降低系统损耗、增加传输能力、提高瞬变电压极限、降低谐波和减少占地面积等多方面具有更

[7]加优越的性能。

在国内，目前机械投切电容器的方式比较普遍。尤其加入控制系统后，在负荷波动幅度和频率变化不大，对响应速度要求不高的配电网络中，MSC以其优良的性价比，依然具有广泛

[8]的市场。目前国内比较先进，且占据一定市场份额的动态无功补偿装置是SVC。SVC接入系统中,电容器提供固定的容性无功Qc,补偿电抗器通过的电流决定了补偿电抗器输出感性无功QTCR的大小,感性无功和容性无功相抵消,只要能做到系统无功Qn=Qv(系统所需)-Qc+QTCR=常数(或0),则能实现电网功率因数=常数,电压几乎不波动,关键是准确控制晶闸管的触发角,得到所需的流过补偿电抗器的电流,晶闸管变流装置和控制系统能够可使TCR既能吸收感性

[9]无功功率也能吸收容性无功功率。1995年清华大学和河南省电力局共同研

制我国首台作为工业试验装置的?300 kvarSVGtl9，1999年清华大学和河南省电力局研制出具有工业应用水

[10]平的采用GTO的?20 Mvar SVG且并网成功。该装置在建模、主电路及参数设计方法、分布式链节控制与保护、系统控制策略等方面取得重大突破，核心技术达到了国际领先水平。[11]SVG与SVC相比，SVG具有5个优点:?调节速度快。SVC 内部的电力电子开关元件多为晶

闸管，晶闸管导通期间处于失控状态，使SVC每步补偿时间间隔至少约达工频的半个周期，而SVG采用GTO作为开关元件，GTO可在0.001s左右关断，因而其

补偿速度更快;?运行范围宽。在欠压条件下，SVG可通过调节其变流器交流侧电压的幅值和相位，使其所能提供的最大无功电流维持不变，仅受其电力半导体器件的电流量限制。而对SVC系统，由于其所能提供的最大电流受其并联电抗器的阻抗特性限制，因而随着电压的降低而减小;?可以在从感性到容性的整个范围中进行连续的无功调节;?SVG不需大容量的电容、电感等储能元件，其直流侧所使用的电抗器

和电容元件的容量远比SVC中使用的要小，这将大大缩小装置的体积和成本;?谐波含量小。SVG在采取多重化技术、多电平技术或PWM技术等措施后，可大

[12]大减少补偿电流中的谐波含量。

在国外，1967年,第一批静补装置在英国制成以后,受到世界各国的广泛重视,西德、美国、瑞士、瑞典、比利时、苏联等国竟先研制,大力推广,使得静止补偿装置比调相机具有更大的竞争力,广泛用于电力、冶金、化工、铁道、科研等部门,成为补偿无功、电压调整、提

[13]高功率因数、限制系统过电压,改善运行条件经济而有效的设备。1986年美国研制出基于GTO的1 Mvar SVG，1991年和1994年日本和美国分别研制出采用GTO的80Mvar100MvarSVG1997

年德国研制出采用GTO的8Mvar SVG。统一潮流控制器的概念是由美国西屋科技中心的Gyugyi L于1992年提出，被认为是FACTS装置中最具代表性的装置。世界上许多国家都在开展这方面的研究工作。美国、法国都在加紧实际装置的研究工作，美国Inez变电站已于1998年在138 kV系统上安装了UPFCt271。我国也开展了UPFC的研究，但大多数仅限于理论研究和数

[14]字仿真研究。

1.2国内外谐波抑制技术的研究

早在20世纪20年代和30年代电力系统的谐波问题就引起了人们的注意，当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变，并提出了电力谐波干扰问题。1945

[15]年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文，1969年B(M(BIRD和J(F(Marsh发表的论文中，描述了通过向交流电网注入三次谐波电流来减少电源电流的谐波成分，从而改善电源电流波形的新方法。70年代以来，由于谐波所造成的危害也日趋严重，世界各国都对谐波问题予以充分的关