谐波与无功功率的产生

　　在工业和家庭用电负荷中，电阻负荷占很大比例。异步电动机、变压器和荧光灯是典型的电阻负载。异步电动机和变压器消耗的无功功率在电力系统提供的无功功率中占有很高的比例。电力系统中的电抗器和架空线路也消耗一些无功功率。电阻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。

　　非线性器件如电力电子器件也消耗无功功率，尤其是各种相控器件。例如，相控整流器、相控交流调功电路和交-交变频器，在运行过程中，基波电流滞后于电网电压，消耗了大量的无功功率。此外，这些装置还会产生大量的谐波电流，谐波源会消耗无功功率。二极管整流电路的基本电流相位与电网电压相位基本相同，基本不消耗无功功率。但同时也会产生大量的谐波电流，因此也消耗一定的无功功率。

　　近30年来，电力电子装置得到了广泛的应用，使其成为最大的谐波源。在各种电力电子装置中，整流装置所占比例最大。目前，几乎所有常用的整流电路都采用晶闸管相控整流器或二极管整流电路，其中三相桥式整流器和单相桥式整流器最多。电阻电感负载整流电路引起的谐波污染和功率因数滞后是人们所熟悉的。直流侧带有电容滤波器的二极管整流电路也是谐波污染的严重来源。

　　该电路的输入电流的基本分量的相位与电源电压的基本分量的相位大致相同，因此基本功率因数接近1。然而，其输入电流的谐波分量很大，对电网造成严重污染，使总功率因数非常低。此外，在电力电子装置的输入端，如相控交流功率调节电路和交-交变频器，也会产生大量的谐波电流。

　　无功补偿

　　理解有功功率很容易，但是深入理解无功功率并不容易。在正弦电路中，无功功率的概念是明确的，但是当无功功率包含谐波时，没有公认的定义。然而，无功功率概念的重要性和无功功率补偿的重要性是一致的。无功补偿应包括基本无功补偿和谐波无功补偿。

　　无功功率对电力系统的运行和负载起着至关重要的作用。电力系统网络元件的阻抗主要是电感。因此，粗略地说，为了传输有功功率，需要发射端和接收端的电压之间的相位差，这可以在相当宽的范围内实现;需要两端，只能在非常窄的范围内实现。

　　大多数网络部件不仅消耗无功功率，而且大多数负载也消耗无功功率。网络元件和负载所需的无功功率必须在网络中的某个地方获得。显然，这些无功功率由发电机供电并远距离传输是不合理的，而且通常是不可能的。合理的方法应该是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，即无功补偿。

　　无功补偿的主要功能如下：

　　(1)提高供电系统的功率因数和负荷，降低设备容量，降低功率损耗。

　　(2)稳定接收端和电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线路的适当位置安装动态无功补偿装置，还可以提高输电系统的稳定性和传输容量。

　　(3)在电气化铁路等三相负荷不平衡的情况下，可以通过适当的无功功率来平衡三相有功和无功负荷。

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