王贺1 刘涛1 王彦朋1 张国兴1
（1.鼎阳智电慧服科技股份有限公司 保定 071051）
摘要：电能是我国经济发展的重要能源。但由于电网中非线性负载增加，导致谐波出现的种类增多，谐波不仅污染电网的供电质量，同时也降低了电网的安全性与可靠性。本文为提高供电质量、保证电网安全运行提供电网谐波与无功综合治理依据。
关键词：谐波治理；无功补偿；市场调研
一、谐波治理和无功补偿的意义
1.1谐波概述
①谐波的产生：当供电系统中有非线性负荷运行时，负荷从电网吸收非正弦电流，引起电网电压畸变，产生不同于工频的其它频率的正弦电压或电流，这些不同于工频频率的正弦电压或电流，就是人们称的电力谐波，非线性负荷成为谐波源。②谐波对各种电气设备，对继电保护、自动装置、计算机、测量和计量仪器以及通信系统均有不利的影响。目前，国际上公认谐波“污染”是电网的公害，必须采取措施加以限制。
1.2谐波造成的危害
①谐波会导致电力设备的容量与功率因数降低，并增加电力消耗；②导致配电系统发生共振，危及系统安全；③导致无功补偿设备不能正常运行，甚至烧毁；④引起继电保护设施误动作，导致意外断电；⑤增加电机振动，影响产品的质量和电机寿命；⑥导致变压器、线路、电机过热，加速设备的绝缘老化；⑦延缓电弧熄灭，影响断路器的分断容量；⑧增加电压峰值，降低绝缘介质寿命；⑨导致中线过载，甚至引发事故；⑩导致电力计量仪表误差；⑩干扰邻近的电力电子设备、工业控制设备和通讯设备。
1.3高压电网谐波治理的措施
高压电网谐波治理主要分为主动治理和被动治理两种方式。利用有源滤波器APF、无源滤波器PF以及混合型有源滤波器HAPF是被动治理电网谐波的措施。
1.3.1无源滤波技术
无源滤波器主要利用电容的容抗和电感感抗。都随频率的变化而变化的原理设计而成，它仅仅由无源电器元件构成。无源滤波器具有电路结构简单、不需直流电源、系统可靠性高等优点，但也同时存在通带内信号有能量损失、使用电感元器件的时候容易发生电磁感应等缺点，所以，如果电感较大。体积和重量较大的滤波器，不适合在低频区域使用。具体表现形式为：①谐波、调压、无功补偿之间会出现不好协调的情况：②谐波的性质受到系统参数的影响，这样非常容易和系统或者其它的滤波支路产生串并联的谐振：③增加谐波的电流时，增加了滤波器的负担，有可能造成滤波器过载，从而使得设备受到损害；④只能消除特定的谐波，对于其它的谐波会出现放大作用。
1.3.2有源滤波技术
有源滤波技术是一种较为新型的高压电网谐波治理措施，具有比无源滤波技术优越的性能。具体表现在如下几个方面：①有源滤波器能够对频率和大小发生变化的谐波电流进行补偿，并且具有动态补偿作用：②有源滤波器对系统阻抗不会产生影响，非常便于实现规模化和系列化生产：③有源滤波器不会和电网阻抗发生谐振，并且具有抑制谐振波的作用：④无功补偿功率不需要储能元器件，在同一台装置可以进行多次谐波电流的补偿和非整数倍次的谐波电流补偿，可以实现一个谐波和无功源的独立补偿，也可以实现多个谐波和无功源的集中补偿。⑤可以只输出需要补偿的高次谐波电流，能有效地减小有源滤波器的总容量，还可以避免轻负荷时发生无功倒送现象；既使电网中谐波电流增加，有源滤波器也不会发生过载，仍能正常发挥作用。
1.4无功补偿分析
①在交流电网负荷中，由于有阻抗和电抗（容抗和感抗）的同时存在，电源输送到负荷的电功率并不能完全做功。其中一部分（存储在电容和电抗中）仍能输回电网。负荷所吸收的电能为有功，输回电网的为无功。②无功在电源和负荷之间的传输，造成功率因数低下，加重了电网负担，增加了电网损耗，需要进行就地补偿解决。低功率因数的不良影响主要包括：首先，根据《电力系统电压和无功电力技术导则》的规定，功率因数应低于0.9，用户将遭受低功率因数罚款，直接影响企业的经济效益；其次，低功率因数负载从系统吸收大量无功功率，增加了线损和变压器的损耗；最后，由于供电变压器同时通过有功功率和大量的无功功率，降低了变压器的供电能力。
随着当前经济发展，大功率器件的广泛应用，大量非线性负荷增加，特别是电子技术、和控制技术的进步，在化工、冶金、钢铁、煤矿和交通等部门大量使用各种整流设备、交直流换流设备和电子电压调整设备，电熔炼设备、电化学设备、矿井起重设备、露天采掘设备、电气机车等与日俱增，同时种类繁多的照明器具、娱乐设施和家用电器等普及使用，使得电力系统波形严重畸变，功率因数很低。
由于非线性负荷的快速增长以及广泛存在，目前在电能质量多种指标中，受干扰性负荷影响，谐波和低功率因数是最为普遍的。为此，国家相继制定出台了《电能质量公用电网谐波》和《电力系统电压和无功电力技术导则》等国家标准和准则，用以控制谐波危害，保障电网和用户的安全、经济运行和正常生产。
二、谐波治理和无功补偿设备的发展现状
从滤波补偿方式上，分为无源和有源两类滤波补偿装置。
①无源滤波器由电感、电容和电阻元件组合而成，利用调谐来控制谐波。这种装置用得很普遍，较其他消除谐波畸变的措施相对要便宜些。不过，这种装置的缺点是可能和系统产生有害的相互作用。因此设计时，很重要的一点就是检验所有可能的相互作用。无源滤波器既可以采用并联方式把线路中谐波电流分流掉，也可以采用串联方式使元件调谐在指定频率，产生谐振，使系统两部分之间相应的谐波不流通。同时，通过合理设置电容电感参数，实现对供电设备的无功补偿功能。当前，比较成熟的无源滤波补偿装置有TSC、FC、SVC、TSF等设备。
②有源滤波器是一种较新型的消除谐波的装置。这类装置是基于较复杂的电力电子技术，造价要比无源滤波器高得多。但是这类装置有明显的优点，就是不会和系统发生谐振。有源滤波器的运行和系统阻抗特性无关。因此这类装置可以用在非常严酷的环境场合。在这种场合，由于并联谐振问题，无源滤波器不能正常使用。有源滤波器也可以同时滤去多次谐波并能解决其他电能质量问题（例如闪变）。对于由系统中相对较弱地点馈供的大型畸变负荷，采用有源滤波器特别合适。
有源滤波器的基本概念是补充非线性负荷电流的缺少部分，使其成为正弦电流。由电子控制器检测线路电压和（或）电流，控制电力电子器件切换，其产生的电流准确地跟踪负荷电流或电压变化，使从电网汲取的电流成为正弦。有滤滤波器产生电流有两种基本方法：一种是用电感器存贮磁能，在适当时刻使其变为电流注入系统，另一种是用电容器存贮电能，再转化为电流。当前，比较成熟的无源滤波补偿装置有APF、SVG等设备。
从电压等级上区分，一般分为低压（1000V以下）和高压（6kV~35kV）滤波补偿装置。
三、谐波治理和无功补偿市场分析
随着经济的不断快速发展，用电设备不断增加，其中存在大量的非线性负荷，对电网的电能质量(尤其是谐波和无功)造成严重的影响，轻则影响产品质量，重则造成生产线无法正常运行。然而，随着当前科技发展，对于生产设备的控制要求越来越精密，从而对电能质量的要求也越来越高。
目前用于无功补偿和谐波治理的装置如：无源电力滤波器，该设备兼有无功补偿和调压功能，一般要根据谐波源的参数和安装点的电气特性以及用户要求专门设计；静止无功补偿装置（SVC）装置是一种综合治理电压波动和闪变、谐波以及电压不平衡的重要设备。有源电力滤波器（APF），APF是一种新型的动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置，它能对频率和幅值都发生变化的谐波和无功电流进行补偿，主要应用于低压配电系统。
近年来，国内无功补偿市场发展极其迅猛，产品的质量和数量都有了大幅度的提升，相当一部分优势企业已经开始问鼎国际市场并取得了不俗的业绩。根据国家统计局统计，2011年中国
无功补偿装置制造行业实现工业总产值335.61亿元，同比增长11.99%；实现产品销售收入330.20亿元，同比增长9.99%；实现利润总额19.07亿元，同比增长7.64%。
从进出口状况来看，2010年，行业进出口总额为40.13亿美元，较上年增长26.75%。其中进口额21.53亿美元，出口额18.60亿美元，实现贸易逆差2.93亿美元。
从国际市场来看，国际SVC市场基本被瑞士ABB、德国SIEMENS、法国ALSTOM、日本TOSHIBA、意大利ANSALDO等6-7家国际公司占有。其中，ABB、西门子、ALSTOM专做用于电网的大容量SVC，在电力系统超大功率SVC技术上居领先优势，占领了90%以上国内电力系统市场份额。国内公司的主要竞争对手主要是中电普瑞科技有限公司、西整公司，两家公司占据了国内80%多的市场份额。但由于国外SVC产品造价昂贵，极大地限制了SVC在国内电力系统的推广应用，导致该领域市场潜力巨大但却处于需求抑制的状况，目前以荣信、中电普瑞科技有限公司、西整公司为代表的国内企业正在积极开拓该部分市场。
从应用市场来看，无功补偿装置行业在国内外飞速发展，已经渗透到电能的产生、输送、分配和应用的各个环节，广泛应用到工业系统、电力系统、交通系统、通信系统、计算机系统、新能源系统和日常生活中，是使用电能的其他所有产业的基础技术。同时在国家对先进制造业的大力支持下促进了无功补偿装置行业的发展，在全社会提倡节能减排和安全生产宏观背景下，产品市场需求仍将保持增长，市场空间逐步扩大，给经营与发展带来良好的机遇与广阔的空间。
2006、2007、2008三年我国高压大容量无功补偿产品市场分别达到1.07亿元、2.35亿元、4.88亿元；2009年达到20亿元；2010年达到30亿元以上；2011年40亿元，其中静止无功补偿器（SVG，也称STATCOM）10亿元以上；2012年48亿元；2013年达55亿元。现在这一市场仍处于增长态势。今后几年我国滤波治理和无功补偿市场容量可能达到70亿～140亿元，电网领域的应用将逐渐占据较大的比例。
参考文献
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[5]马双.低压系统谐波治理研究与应用[J].中国高新技术企业.2013(01)
作者简介:
王贺（1983-），男，汉族，河北保定人，鼎阳智电慧服科技股份有限公司研发工程师，硕士学历，主要研究方向电力设备自动化（河北 保定 071051）
刘涛（1983-），男，汉族，河北保定人，鼎阳电力科技服务有限公司技术总工；
王彦朋（1971-），男，汉族，河北保定人，鼎阳智电慧服科技股份有限公司研发工程师，本科学历，双学士学位。研究方向：中低压配电网无功补偿及电能质量治理和相关的计算机分析软件开发。
张国兴（1978-），男，汉族，河北保定人，鼎阳智电慧服科技股份有限公司研发工程师，本科学历。
论文作者:王贺1,刘涛1,王彦朋1,张国兴1
论文发表刊物:《电力设备》2016年第11期
论文发表时间:2016/8/23
标签：谐波论文; 滤波器论文; 无源论文; 电网论文; 电流论文; 亿元论文; 装置论文; 《电力设备》2016年第11期论文;