摘要：电力电子技术是电力和电子控制一体化技术，有利于提高电能交换效率，对电力系统运行进行有效控制。本文将对电力电子技术在智能电网建设中的应用情况进行探讨，在此基础上，分析谐波抑制技术与无功补偿技术的应用，以期降低无功功率消耗和谐波危害，促进电力系统的稳定运行。
关键词：电力电子技术；谐波抑制；无功补偿技术
随着科学技术的快速发展，电力电子技术的相关研究已经取得显著进展，并在智能电网建设中得到了较为广泛的应用，是提高电力系统控制灵活性、提高系统运行稳定性的关键技术。但电力电子技术设备的应用也会带来谐波问题，加剧无功功率的消耗，因此，在应用电力电子技术的应用过程中，还要做好谐波抑制和无功补偿措施，避免给系统运行增加负担。
1电力电子技术的应用现状
在电力系统中包含大量的半导体装置，包括直流输电换流器、开关电源、变频器、调压器和整流器等。电力电子技术在电力系统中的应用具有多方面作用，能够改善电能质量，提高输电能力，实现对电力系统设备的灵活控制。
电力电子技术的应用主要体现在以下几个方面：（1）高压直流电技术（HVDC），高压直流输电是远距离电力输送的主要方式，具有减少电能消耗的明显优势。新一代的HVDC技术综合采用IGBT和GTO等可关断器件，并与脉宽调制技术（PWM）等配合使用，可以满足我国长距离电力输送和智能电网规模扩张的需要，解决负荷发展不平衡等问题[1]；
静止无功补偿技术（SVC），采用晶闸管作为基本元件，利用固态开关代替机械开关，并通过对电容器和电抗器进行控制，可以满足频繁、快速动作的输电系统导纳功能改变需求。SVC无功补偿装置主要可控制支路、固定或可变电容器支路组成，采取并联连接方式。目前使用的装置主要分为四种类型，即TCR型、TCT型、TSC型和SSR型，分别为可控硅控制空芯电抗器、可控硅阀控制高阻抗变压器、可控硅开关控制电容器和自饱和电抗器。其中，应用最为广泛的TCR型装置具有反应速度快、分相调节、运行可靠、成本低等优势。SVC技术在输电和配电领域有非常广泛的应用空间；
FACTS电力新技术，由清华大学研制的STAT-COM装置已将在电力系统中投入使用，在发电厂出线线路上安装TCSC装置，仅比常规串补装置增加晶闸管阀电扛起等装置，成本约高出20%~30%左右，但性能提升非常显著，可以解决串补线路次同步振荡等问题。因此，以TCSC为代表的FACTS技术已经得到了应用推广。另一方面，晶闸管控制制动电阻（TCBR）和相间功率控制技术（IPC）等的研究也取得了显著进展，陆续在电力系统中得到应用[2]；
用户电力技术（CP），FACTS电力新技术的应用核心是提高交流输电系统控制能力和电力传输能力，应用CP技术是为了确保配电系统的供电可靠性，同时提高供电质量。在FACTS和CP技术的应用下，由于其控制器结构与功能存在较高的相似性，仅在额定容量方面存在差异，因此两者的融合应用已成为一种趋势。目前具有代表性的技术产品包括DVR、SSCB、DCLD和PQC等，这些技术产品的应用对提高电能质量有重要帮助。
2谐波抑制技术与无功补偿技术的应用
2.1谐波抑制技术
消除电力系统的谐波危害主要有两种方式，一是通过采用有源或无缘滤波器对其进行滤波，比如LC滤波器，另一种是对谐波源进行改造，提高变流器相数，比如采用高功率因数整流器。目前在电力系统中，多采用无源LC滤波器进行谐波治理，其优势是结构简单、可靠性高，而且成本较低。利用无源LC滤波器进行谐波滤除的基本原理是在电路中提供一条低阻抗路径，该路径能够保留基波，同时使谐波短路，从而让谐波不干扰系统正常运行。
无源滤波器（PPF）一般由电容器、电阻和电抗器组合而成，较为简单的单调谐LC滤波器，可以抑制某种特征次谐波，在该次谐波频率下，滤波器支路串联谐振，形成低阻路径，达到消除谐波或减弱谐波的作用，使其进入电网后，不会对电网的正常运行产生影响。如果要对多个特征次谐波同时进行滤除，则需要将多个单调滤波器并联后接入电网。此外，PPF还可以设计成为双调谐，同时对两种频率谐波进行滤除，但其电路较为复杂，所以实际应用较少。PPF也可以设计成为高通滤波器，用来滤除一次以上谐波。PPF在吸收谐波的同时，具有无功补偿的作用，能够改善功率因数。而且在适用过程中，由于无源滤波器技术应景较为成熟，维护较为方便，是以往最常用的谐波抑制手段。
有源滤波器（APF）的基本原理是利用可控功率半导体器件，向电网注入与谐波源的电流复制相等但点位相反的电流，从而使总谐波电流为零，实现谐波电流的实时补偿功能。相比于PPF，有源滤波器不仅能对各次谐波进行补偿，而且可以抑制闪变，具有一机多能的特点。使用有源滤波器不受系统阻抗影响，可以避免与系统阻抗产生谐振。而且有源滤波器具有一定的自适应功能，可对变化谐波进行自动跟踪，可控性较高，响应速度较快。采用APF进行高次谐波值可以通过提供一个等效导纳无穷大或等效电阻无穷大的串联网络，实现高次谐波抑制。随着元件性价比的提升，有源滤波器将得到更加广泛的应用。有源滤波器如图1所示。
2.2无功补偿技术
随着电力技术水平的提升，对电力系统无功功率进行补偿的方法越来越多，可采用同步发电机、电动机、调相机、并联电容或SVC等实现电力系统无功补偿。由于供电系统的阻感型负载较多，其等效负载具为感性，采用并联电容器的无功补偿技术，可以提高其功率因数。启动自备发电机供电时，可以通过自动励磁调压装置实现电压调节和无功补偿。按照安装位置进行划分，电容器并联补偿方法可以分为三种：（1）电容器组在母线上集中安装；（2）电容器组在功率因数低的区域母线上进行分别安装；（3）就地补偿，将电容器组安装在附近负载设备上，就地进行无功补偿。三种方法各有优缺点，其中就地补偿不仅能够提高功率因数，还能改善电压质量，随着电容器技术的发展，就地补偿方式得到了更广泛的应用。
结束语：综上所述，电力电子技术在电力系统中的应用可以有效提高电力系统控制能力，改善输电质量，提高电力系统运行效率。在此基础上，通过采用先进的谐波抑制技术和无功补偿技术，可以将电力系统运行的不利影响因素降至最低，从而确保输配电的稳定性，满足用户需求。
参考文献：
[1]沈学良.电力电子技术与谐波抑制、无功功率补偿技术研究综述[J].中国新技术新产品,2017(12):68-69.
[2]刘玉冰.关于电力电子技术与谐波抑制、无功功率补偿技术的研究[J].科技广场,2007(07):218-221.
论文作者:许一泽
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/8/22
标签：谐波论文; 滤波器论文; 电力论文; 技术论文; 电力系统论文; 电子技术论文; 抑制论文; 《电力设备》2018年第14期论文;