电力系统中的电力电子技术和谐波治理

电力电子技术在电力系统中的应用涉及到提高输电能力、改善电能质量、提高电网运行稳定性、可靠性、控制的灵活性及降低损耗等重大问题。但电力电子技术在推动电力系统发展的同时，又成为电力系统中*主要的谐波源，并且电力电子装置所产生的谐波污染己成为阻碍电力电子技术发展的重大障碍。它迫使电力电子领域研究人员对谐波问题进行更为有效的研究，以治理谐波污染。

2电力电子技术在电力系统中的应用现状及发展预测电力系统中电力半导体装置很多，大到直流输电用的整流、逆变装置，小到电视机电源，电池充电器，还包括变频、斩波（直流调压）和交流调压装置等，其应用遍布于电力系统各个电压等级。本文就电力电子技术在电力系统应用的主要方面及发展做一介绍。

2.1高压直流输电技术（HVDC）备容量超过36GW.新一代HVDC技术中正在考虑使用GTO、IGBT等可关断器件，以及脉宽调制（PWM）等技术。在国内高压输电工程建设和国外设备、技术的引进、吸收的基础上，立足国内搞小容量的HVDC工程的设计和制造，将是可行和必要的。

2.2静止无功补偿器（SVC）SVC是用以晶闸管为基本元件的固态开关替代了电气开关，实现快速、频繁地以控制电抗器和电容器的方式改变输电系统的导纳。SVC可以有不同的回路结构，按控制的对象及控制的方式不同分别称之为晶闸管投切电容器（TSC）、晶闸管投切电抗器（SR）或晶闸管控制电抗器（TCR）。

我国输电系统五个500kV变电站用的SVC容量在105~170Mvar，均为进口设备，型式为TCR加TSC或机械投切电容器组。国内工业应用的TCR装置大约有20套，容量在10~55Mvar，其中一小半为国产设备。低压380V供电系统有各类TSC型国产无功补偿设备在运行，但至今仍没有一套国产的SVC在我国的输变电系统运行。

23灵活交流输电系统（FACTS）近年来FACTS技术受到广泛地关注，电力科研部门纷纷进行FACTS应用的可行性研究，制造厂商则投入巨资进行开发研究。表中列出了己投运的部分FACTS控制器。

表已投运的FACTS控制器（到1998年初）英文简称控制器潮流抑制系电压投运首项投运年名称控制统振荡支持工程数（实施地点）晶闸管串联影响影响电容补偿器大小静止同步影响补偿器小中等大（日本犬山）统一潮流影响控制器大除上述几种FACTS设备外还可以举出很多，但基本上都处于研究开发或初步应用阶段，例如：晶闸管控制的制动电阻（TCBR），晶闸管控制的移相器（TCPS），相间功率控制器（IPC），超导储能2.4用户电力技术（CP）CP技术和FACTS技术是快速发展的姊妹型新式电力电子技术。采用FACTS的核心是加强交流输电系统的可控性和大其电力传输能力；发展CP的目的是在配电系统中加强供电的可靠性和提高供电质量。CP和FACTS的共同基础技术是电力电子技术各自的控制器在结构和功能上也相同，其差别仅是额定电气值不同，二者的融合是一种趋势。具有代表性的用户电力技术产品有：动态电压恢复器（DVR），固态断路器（SSCB），故障电流限制器（FCL），统一电能质量调节器（PQC）等。

2.5变频调速技术（SFC）随着电力电子技术的飞速发展，SFC技术己进入与直流调速相媲美和相竞争的阶段，并有取而代之的趋势。SFC技术在电力系统的应用主要有两个方面：①发电厂的风机、水泵使用变频调速控制，会具有非常大的节电效益。②抽水蓄能机组采用SFC技术可减小机组起动过程对电网的冲击，并且机组在低水头运行时，还可提高机组的效益。

3应用电力电子技术的谐波抑制解决电力电子设备谐波污染的主要途径有两条：对电网实施谐波补偿及对电力电子设备自身进行改进。目前常用的滤波器有以下两种。

3.1有源电力滤波器（APF）APF的基本工作原理是检测补偿对象的电流和电压，经谐波和无功电流检测电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功等电流相抵消，*终得到期望的电源电流。

促使有源滤波器的研究取得突破性进展的因素有两个：一是大功率可关断器件的研制和应用，如大功率门极可关断晶闸管（GTO）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）和场控晶闸管（MCT）等器件的逐步应用，使逆变器产生大功率电流电压成为可能；二是瞬时无功功率理论为三相系统畸变电流的实时检测提供了理论依据。

由于APF装置的成本较高，容量有限，目前APF的研究重点己转向由有源电力滤波器和无源电力滤波器构成的混合滤波系统（HPFS）。在HPFS中，谐波电流主要是由无源电力滤波器滤除，有源电力滤波器主要用来改善无源滤波器的滤波效果，并抑制串联谐振的发生。与单独使用的APF系统相比，所需APF的容量大大减小，因此，HPFS可提高整个系统的滤波性能。

3.2有源功率因数校正器（PFC）功率因数校正的基本思想是让整流器的输入电流跟踪输入正弦电压。为实现这一目标，可用无源电路，也可用有源电路。无源方式*简单，但电流谐波仍较大，且要求电抗性负载。有源方式虽需要专用控制电路，但可控开关使输入电流成为正弦波，彻底消除了谐波，是目前大量采用的方式。在用于功率因数校正的功率变换电路中，使用*多的是升压斩波电路和Buck-Boost型电路。根据电感电流是否连续PFC分为不连续导通模式和连续导通模式。有源功率因数校正技术己在小功率开关电源、不间断电源（UPS）等方面获得了广泛的应用。但三相有源功率因数校正技术远不如单相有源功率因数校正技术成熟，目前工程技术界正在致力于这一问题的研究。