安科瑞 王長幸
江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405
摘要：電能質量治理設備制造業的發展，主要體現在無功補償技術和諧波治理技術的不斷創新和改進。本文結合行業發展時應市場需求而衍生出的具有代表性的產品與我司能提供的治理方案來整理出無功補償與諧波治理間的關系。
關鍵詞：電能質量治理，無功補償，功率因數，諧波治理
引言：工業的快速發展對能源消耗需求迅速增加，以至上世紀70年代起，造成能源大量消耗、能源價格快速上漲，以致能源危機發生。與此同時，礦物能源的使用對自然環境產生破壞，出現氣候異常。
在此背景下，各國政fu出臺能源節約政策，鼓勵節能產品應用和技術推廣。而對于我司節能控制事業部來說，我司能為市場做出服務就包括了電能質量治理。而想要治理好電能質量，就需要知道電能質量中無功補償與諧波治理的關系。
1、無功補償技術
隨著電力監管部門對用戶功率因數要求的提高和企業對電能質量重要性認識的提升，無功補償裝置在國內的市場需求自2004 年左右開始爆發。對于用電業主而言，要求相當明確，功率因數達標，不被供電部門罰款甚至獎勵，而由于負載側設備的更新換代，無功補償技術需要面對的問題就越發多樣，（三相不平衡，零線過流，負載變化頻率和幅值較大，諧波危害等等。）
因為無功補償面對的問題日益增加，無功補償的方法也就越來越多，從傳統的帶旋轉機械的方式到現代的電力電子元件的應用，經歷了數十年的發展歷程，先后出現了調相機、固定補償電容器、SVC、SVG等產品。
階段：同步調相機和固定補償電容器：早期的無功補償裝置是同步調相機和固定補償電容器。前者運行成本高、安裝復雜，后者補償容量較大，但不能連續調節，而且可能與系統發生諧振。同步調相機補償方式在目前的無功補償項目中已不再使用。固定補償裝置主要由電力電容器、電抗器和機械開關構成，是一種較簡單的無功補償裝置，可分級、分組投切，但不屬于動態無功補償，因其價格低廉，適用于負荷波動不頻繁的場所。固定補償裝置是70年代普遍的無功補償方式，隨著電力電子的應用以及電力部門的考核要求，固定補償不能滿足系統無功的變化，同時因為系統諧波，固定補償裝置對諧波放大形成隱患，該技術目前已逐漸淘汰。
第二階段：SVC（靜止型動態無功補償裝置）：隨著電力電子技術的發展及其在電力系統中的應用，應用晶閘管技術的SVC進入無功補償的舞臺，并逐漸占據主導地位。SVC是一種快速調節無功功率的裝置，具有反應時間快（5～20MS）、運行可靠、無級補償、分相調節、能平衡有功、適用范圍廣和價格低廉等優點，有較好的抑制不對稱負荷的能力，應用十分廣泛。SVC從70年代在國外投入運行，我國開始研究SVC技術及其應用。
第三階段：SVG（靜止無功發生器）：將自換相橋式電路通過電抗器或直接并聯在電網上，適當調節橋式電路交流側輸出電壓的相位和幅值，或直接控制其交流側電流，使該電路吸收或者發出滿足要求的無功電流，實現動態無功補償的目的。與SVC相比，SVG的響應速度更快、運行范圍更寬、諧波電流含量更小，并且電壓較低時SVG仍可向系統注入較大的無功電流，其儲能元件的容量較其所提供的無功容量要小。
我司產品型號，ANSVG、ANSVG也應市場需求研發成功。針對現場常見問題，我司產品ANSVC中投切開關還帶有過零投切功能，很好的避免了電容器投切時產生涌流燒壞投切接觸器的問題，而ANSVC中的功率因數控制器的亮點就在于它帶有功率因數超前，無功容量過補后的路數切除功能，能有效避免用電業主在使用部分容性負載后導致的功率因數超前過低的用電罰款。我司產品ANSVG主要面對的工作場合為，（負載變化頻率塊，有功變化幅值大，功率因數高，感性無功需求大，諧波含量大，工作環境惡劣等）。以上場合常規SVC由于電容本身有放電時間，和投切延時，已不能滿足用戶要求，雖然ANSVG相較于ANSVC的價格昂貴，我們在進行無功補償方案制作時也只能使用全ANSVG，或ANSVC+SVG（即是ANSVG-S-G）的方法。
2、諧波治理
由于電力監管部門對大部分用電用戶未進行強制管制，部分用電用戶還未了解到電網中諧波的危害。而大部分有經驗的用電電工都已經開始了對研究諧波與對治理諧波的方法。
諧波治理技術的演變大致經歷了以下幾個階段：
階段：無緣濾波設備。主要針對高壓專線電網中的諧波問題，電弧爐、中頻爐等大容量非線性負荷，諧波的治理技術采用無源濾波技術-LC濾波回路，主要通過了解電網線路阻抗，有針對性地設計特征次諧波LC 濾波回路，實現對固定次數的諧波濾出，但有諧振的危險，對設計方案、元器件性能、檢測數據有較高要求，無法滿足系統變化的需求。
第二階段：串抗型電容器或消諧電容器。采用電容器回路安裝電抗器的技術保護補償電容器來達到抑制諧波的作用，其一般只能多減少30%左右的諧波流入電網，因此該技術不能減少諧波源增加對公用電網所造成的危害。
第三階段：有源電力濾波器（APF）。隨著諧波問題逐漸由電網向公用電網轉移，有源濾波技術快速發展，成為目前行業技術發展的主流：一方面，公用電網負載容量普遍較小、數量眾多，產生的諧波次數和諧波量波動大，采用無源濾波技術不但不能解決諧波問題而且有可能引起諧振；另一方面，公用電網無功補償大多采用集中補償，諧波抑制技術易造成補償回路過載， 而有源濾波技術從補償電網中檢測出諧波電流和基波無功，由補償裝置產生一個與該諧波電流大小相等而方向相反的補償電流，從而使電網電流只含基波成分，同時動態補償基波無功功率，使電網無功功率因數達0.99。有源濾波技術能對頻率和幅值都變化的諧波及無功功率進行跟蹤補償，且補償特性不受電網阻抗的影響。
我司產品ANAPF（有源電力濾波器）采用模塊式安裝方式，可自由搭配數量，可通過并聯模塊進行擴容。對于ANSVG.ANAPF此類電力電子裝置，控制和變換的關鍵是基于全控的IGBT器件，我司采用的日本富士品牌是全區IGBT較好品牌之一，有源濾波器的分次補償功能可充分利用有源濾波器的容量，但同時也需要大量的計算，此時FPGA芯片顯示出其并行處理的強大功能。
3、無功補償與諧波治理的結合
作為電能質量治理的兩大目標，大多數用電業主認為兩者間沒有必然關系，其實不然，無功補償對電網的安全、、經濟運行具有重要作用，供電部門對用電業主也是以功率因數COSΦ為標準，但是諧波的存在，使電容器設備壽命大大縮短，如果畸變率較高，諧波電流中的失真無功也是常規SVC不能解決的問題，導致明明設計無功補償容量是滿足要求，但實際使用中的功率因數總是不達標。
電能質量治理的核心是能夠對所供應的電力進行控制、變換，為用戶或負荷提供質量合格、性能穩定、符合要求的電力，其中無功補償與諧波治理技術是電能質量治理的關鍵支撐技術，而如何把兩者相結合，經濟，有效的解決電能治理的產業應用也至關重要。
ANSVC：越來越多的設計院在設計上圖時已經意識到諧波對電容的危害，開始在純容柜中串聯了電抗元件，使其在基波頻率下做無功補償，在諧波頻率下表現電感性，避免發生諧振，防止諧波放大。此方案適用在無功需求穩定，諧波含量較小不需治理的工作環境，也是抑制諧波無功補償的基礎配置。
ANSVC+ANAPF:雖然使用各類電抗率電抗的無功補償柜能有效抑制諧波電流對電容的危害，但是隨著電抗諧振點的偏移，起初設計的電抗電抗率也會效果偏移，諧振點逐步接近電網中的諧波頻率，失去抑制諧波的效果，這時，我們就需要使用有源電力濾波器（APF）來進行諧波治理，在治理掉大部分諧波的同時再使用電抗元件保護電容設備。 如配電房安裝空間有限可把ANAPF與ANSVC安裝在一個柜子中，即為ANSVG-S-A。以無功補償為主，諧波治理為輔的同時還可輸出少量感性無功。該方案由于經濟較好，也已逐步成為設計院上圖設計主流。此方案適用在無功需求穩定，諧波含量已超出國標，配電房安裝空間較小，配電電路時常老化等場合。
ANSVG：針對一些惡劣工況，無功需求變化頻率塊，有功變化幅值大，功率因數要求高，感性無功需求大，工作環境惡劣等常規無功補償柜SVC就顯得“有心無力”，而ANSVG也是作為解決上述問題的*，同時提高功率因數已不是ANSVG的單一功能，簡單的諧波抑制和不平衡補償功能也能實現。考慮到現場的可維修性和工程配置的靈活組合，模塊化得到了廣泛認可。
ANSVG+ANSVC（ANSVG-S-G）：ANSVG在能處理多樣電能質量問題的同時，也有著較為昂貴的價格，對預算不足用電用戶是不小負擔，而ANSVG-S-G及時放棄部分全SVG功能替換為常規電容電抗組合，用SVG模塊來控制電容組件的投切動作，SVG的高響應時間，可在電容組件投切延時時間段進線線性補償，填充無功需求空窗期，從而避免在無功補償過程中的過補與欠補現象，得到較高的功率因數。詳見圖1.圖2
圖一過補欠補示意 圖二SVG+電容電抗組合
ANSVG+ANAPF（ANSVG-G-A）：此產品在能滿足常規SVG無功補償功能的同時，也和ANAPF一樣高頻諧波治理也可同時進行，在容量運行的情況下還可進行三項不平衡治理，兩種功能模塊合為一個，適合電能質量要求高，技術要求苛刻，或是配電間改造現場空間狹小，治理目標較多的客戶，都可選用ANSVG-G-A產品。
4、結束語：
解決各類電能質量問題，提供給用電客戶一個安全，節能的用電環境一直是我們安科瑞節能控制事業部的目標。但日益復雜的用電環境使得用電用戶在選擇無功補償與諧波治理產品或方案時顯得迷茫，如何選用產品結合方案顯得至關重要。而本文綜上說訴，例舉了我司部分產品型號和相互間的搭配，能夠有效治理大多數電能質量問題，為客戶創造價值。
在解決電能質量問題的時候情況多變，歡迎詳詢。
作者簡介：王長幸(1985-)，女，江蘇安科瑞電器制造有限公司 ,漢族，本科，工程師，主要研究方向為智能建筑供配電監控系統
