绪论电能质量的好坏，直接影响到工业产品的质量，评价电能质量有三方面标准。

首先是电压方面，它包含电压的波动、电压的偏移、电压的闪变等；其次是频率波动；最后是电压的波形质量，即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率，也就是谐波所占的比重。

我国对电能质量的三方面都有明确的标准和规范。

随着科学技术的发展，随着工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。

它不仅增加了电网的供电损耗，而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行，造成了这些装置的误动与拒动，直接威胁电网的安全运行。

举个常见的例子来说，电子节能灯在使用量所占比重较小的电网中运行，的确比常用的白炽灯好，不仅亮度高又省电，而且使用寿命也长。

但是相反，在大量投运节能灯后，就会发现节能灯的损坏率大大提高。

这是由于节能灯是非线性负荷，它产生较大的谐波污染了这一片电网，造成三相负荷基本平衡情况下，中心线电流居高不下，造成了该片电网供电质量下降，用电设备发热增加，电网线损增加，使得该区的配变发热严重，严重影响其使用寿命。

因此我们对非线性用电设备产生的谐波必须进行治理，使谐波分量不超过国家标准。

第一章 基础概念1.1 电力系统的组成电力系统是由发电、输电、用电三部分组成。

其中过程为发电厂发电经升压变压器升压并网，再由输电网络输送的各个变电站，变电站进行降压后输送给各个用户，用户经过再一次降压后给用电设备供电。

主要设备为发电机、升压变压器、输电网络、降压变压器、用电设备及二次保护系等组成。

发电机的电压等级一般为6KV 、10KV ，输电网络为110KV 、220KV 、500KV ，配电网络为10KV 、35KV ，用电设备一般为380V 、220V 。

我国电力系统采用三相50HZ 交流供电。

1.2 功率的概念在供电系统中，通常总是希望交流电压和交流电流时正弦波形（不含有谐波的情况下），正如电压为：()ωt U t U sin 2=式中 U ------电压有效值ω--------角频率f πω2=f ---------频率 (50HZ) 正弦电压施加在线性无源负载上如电阻、电容、电感上时，其电流的表达式为：()()ϕ-=ωt I t I sin 2I --------电流有效值φ--------相位角 电压和电流的关系从相位图上看如：（绿色为电压，红色为电流）电流相位角φ>0时，为电流滞后电压，负载呈现为感性（如电动机）电流相位角φ<0时，为电流滞后电压，负载呈现为容性（如无功补偿器）视在功率为： UI S = （KV A ）有功功率为：ϕcos UI P = (KW)无功功率为：ϕsin UI Q = （Kvar ）在正弦交流电路中，有功功率P 是用来做功的，是负载消耗掉的真正的功率。

而无功功率Q 通常是电源和储能元件之间进行的能量交换，是不用来真正做功的。

对于电机和变压器等电气设备来说，其视在功率S 直接反应了线路中电流有效值的大小。

S 也是变压器等设备功率的最大可利用量。

我们的理想情况是P=S ，这样电气设备的容量充分的利用。

其中三者之间的关系如：222Q P S +=我们平时所说的功率因数SP =ϕcos 在谐波存在的情况下功率因数会减小对于三相电路来说：()ωt U t U A sin 2=())120sin(2︒-=ωt U t U B ())120sin(2︒+=ωt U t U C其中A U 、B U 、C U 为三相的相电压，)30sin(3)()()(︒+=-=t U t U t U t U A B A AB ω AB U 、BC U 、CA U 为三相线电压，其中A ABU U 3=线电压为相电压的3倍人们常说的电压为线电压，电流为相电流，三相功率为A 、B 、C 相功率的总和。

即UI S 3= ϕcos 3UI P = ϕsin 3UI Q =无功功率在电力线路上引起的电压降（电压损失）为：dS Q U U ⨯=∆1.3 谐波的概念 供电系统的谐波是有系统中电力元件的非线性引起的，下面以单相整流电路为例引出谐波的概念。

从上图可以看到电压 u=sin(wt+a)电流 i=id电流i 经过傅里叶级数分解后得到...)5sin 513sin 31(sin 4+++=wt wt wt id i π 从而可以看出正弦电压u 加在整流设备上后，电流波形不在是正弦波，而变成了直流波形。

在直流波形i 中就含有3、5、7…等谐波的存在。

一个畸变的波形是由不同频率的正弦波组成，即一个基本频率下的基波加上一系列的整数倍的谐波分量。

典型的谐波叠加谐波的表示方法：● n 次谐波电压含有率%1001⨯=U U HRU n n n U ———第n 次谐波电压有效值1U ———基波电压有效值● n 次谐波电流含有率%1001⨯=I I HRI n nn I ———第n 次谐波电流有效值1I ———基波电流有效值● 谐波电压含量H U 和谐波电流含量H I 分别为：∑∞==22n n H U U∑∞==22n n H I I● 电压谐波总畸变率u THD 和电流谐波总畸变率i THD%1001⨯=U U THD H u %1001⨯=I I THD H i 公共电网谐波电压限值1.4 谐波和无功功率的产生在工业和生活用电负载重，阻感负载占有很大的比例。

异步电机、变压器、荧光灯等都是典型的阻感负载。

阻感性负载必须吸收无功功率才能正常工作，这是由其本身的性质决定的。

电力电子装置等非线性装置也会消耗无功功率，如整流器、变频器等。

非线性负载在消耗无功功率的同时会产生大量的谐波电流。

例如荧光灯的电流畸变率达到20%，功率因数在0.85左右。

谐波源可以分为以下几类：1）、传统的非线性设备，包括变压器、旋转电机以及电弧炉，如变压器一次侧电压高于额定电压的10%，会使二次侧的3次谐波增大。

2）、现代电力电子非线性设备，包括荧光灯、现代办公设备、UPS电源3）、晶闸管控制设备包括整流器、逆变器、变频器、高压直流输电等1.5无功功率的影响和谐波的危害2.2.4无功功率的影响无功功率对公用电网的影响主要有以下几个方面：1）、增加设备容量。

无功功率的增加，会导致电流增大和视在功率增加，从而使发电机、变压器及其他电气设备容量和导线容量增加。

同时，电力用户的启动及控制设备、测试仪表的尺寸和规格也要加大。

2）、设备及线路损耗增加。

无功功率的增加使总电流增大，因而使设备及线路的损耗增加。

3）、是线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载（如电弧炉），还会使电网电压产生剧烈波动，使供电质量严重降低。

2.2.4谐波的危害谐波对公共电网和其他系统的危害大致如下：1）、谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。

2）、谐波影响各种电器设备的正常工作。

谐波对电机的影响除了引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。

谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏。

3）、谐波会引起电网中局部的并联和串联谐振，从而使谐波放大，使上面的危害大大增加，甚至引起严重事故。

4）、谐波会引起继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。

5）、谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者会导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。

因此，不论是从经济上还是从设备的安全运行上，无功补偿和谐波治理都是必要的。

第二章无功补偿和谐波治理通常无功补偿的目的在于：降低电网损耗，节约能源，增加电网传输容量，提高稳定极限，提高电力系统功率稳定及电压稳定水平，提高电能质量水平。

对无功进行补偿的方法主要有：●同步电动机调整励磁电流，使其在超前功率因数方式下运行，输出有功功率的同时输出无功功率。

一般用于发电厂，可以连续调节无功。

●同步调相机当同步电动机不带负载而空载运行司，向电网输送无功功率，主要用于枢纽变电所，现在很少采用此种方式●并联电容器可提供超前的无功功率，多用于降压变电所和配电室内，可就地补偿。

●静止无功补偿装置采用功率器件发出补偿电流或电压，可以连续调节，使用日益广泛，投资较大。

上述方法中，由于并联电容器结构简单、价格便宜、安装方便，应用最广，逐步取代了同步调相机。

2.1并联电容器电力系统中的负载大部分为阻感性，即电流滞后于电压一定角度。

感性负载从电网吸收无功功率，而并联电容器可以发出无功功率。

因此加装并联电容器可以和感性负载在无功功率上达到一个平衡，即无功补偿。

并联电容器从安装位置上，通常有三种方式：●集中补偿电容器安装在企业配电室或变电站，对其供电范围内的无功进行补偿。

可以减少高压输电线路上的无功损耗。

●分组补偿将电容器装在功率因数比较低的车间或段母线上，补偿范围较小，但是效果比较明显。

●就地补偿将电容器装在单个设备上，这种方式既能提高功率因数，还能减少线路压降和设备端电压波动。

将三种方式统筹考虑、合理布局，将可以取得很好的技术经济效益。

串入电抗器由于电网中谐波的存在，并联电容器会对谐波造成一定的放大。

以5次谐波为例：没有串入电抗器的电容补偿，对5次谐波的放大为1.8~4倍。

为了避免这种情况的发生，往往在串入一定的电抗器，来抑制对谐波的放大。

比如12.5%的电抗抑制3次以上谐波，5.5%的电抗器抑制5次以上谐波。

2.2动态无功补偿动态无功补偿可以根据电力系统的无功需求投切电容器，已达到维持较高的功率因数的效果。

大致可以分为以下几种方式。

2.2.4机械投切电容器（MSC）机械投切电容器是用接触器做为控制开关，通过功率因数控制器对功率因数的检测后，发出投切指令给接触器。

接触器接到指令后动作，吸合或断开电路。

此种投切方式结构简单，成本相对较低，可以对功率因数有一个很好的控制。

缺点是在投切过程中的随机性，会造成一定的电流冲击，投切时触电抖动等。

目前防涌流接触器的应用，可以从一定程度上缓解这个缺点，但是也不能根除。

2.2.4可控硅投切电容器（TSC）TSC是用连个反并联晶闸管替代继电器。

晶闸管可以做到过零投切，从而消除了电容器投切时对电网造成的电流冲击。

TSC动态响应速度，无电流冲击，可靠性高。

但是相比接触器而言，结构复杂，成本较高，且晶闸管发热消耗一定电能，而且受电压等级的限制。

复合开关是晶闸管和机械开关的一个组合体，成本较高，应用不是很广。

2.2.4静止无功补偿装置（SVC）目前比较常用的SVC是由FC+TCR或FC+MCR构成。

FC无源单调谐滤器是串有电抗器的电容器组，结构简单，具有一定的无功补偿和滤波功能。

TCR是晶闸管投切电抗器型静止无功补偿装置。

由于单独的TCR只能吸收感性的无功功率，而且产生谐波，因此往往与并FC配合使用。