如何自制单相家用无功功率补偿器

直流稳压电路（开关电源）中的高速脉冲电路产生的射频电流；

随着科学技术的发展，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。谐波给电力系统带来的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝 缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。 谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。因此， 对谐波的研究以及如何抑制、治理已成为一个具有重要意义的课题。

（一）谐波的定义：在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与 所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。电力谐波是频率为50HZ整倍数的正弦波电压或电流。发电厂或者发电 机发出的电压是频率为50HZ的正弦波波型，称为基波，50HZ称为基波频率。频率为50HZ整倍数的正弦波称为谐波。谐波用基波的倍数表示， 例如频率为150HZ的正弦波称为3次谐波，频率为250HZ的正弦波称为5次谐波，频率为350HZ的正弦波称为7次谐波，以此类推。谐波是正弦波 ，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。

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我国还是一个发展中国家，经济的大发展需要大量的电力供应，工业负荷也不断大量增加，如：大型电力电子应用装置、 变频设备、电气化铁道、炼钢电弧炉、冶金化工设备、高速铁路、电梯、起重机等，这些工业负荷对整个城市的电网质量都带来大量的谐波 干扰，随着这些非线性、冲击性负荷的大量使用，使得电能质量变得更加突出。这些年在城市里很少遇到大面积的停电，但是电压的波动就 时有发生了，比如家里的灯泡突然变得忽明忽暗，尤其是到了夏天用电高峰期，总感觉家里的灯泡不是那么亮，实际上这时电网的电压运行 在较低的水平，在输出电流不变的情况下，灯泡的功率就低了，看起来也就不会那么亮了。数据中心里有不少的精密仪器，对电网运行质量 较敏感，设备长期在这种供电环境下运行，会大大缩短设备的使用寿命，增加数据中心设备故障率，有时供电的波动也会造成设备无法正常 运行，造成业务中断。

美国曾经做过这样的实验，得出一般低压配电线在14个月内在线发生超出原工作电压一倍以上的浪涌电 压次数可达到800次，这样每个月差不多57次，其中超过1000V的浪涌就有300多次，在我国由于电网质量本身就差，出现高浪涌的频率就更高 了。除了电网本身质量对数据中心供电造成了波动，数据中心供电波动也有相当一部分原因来自于雷电，我国也是一个雷电高发地区，数据 中心设备的电力线路上很容易遭受到直击雷和感应雷的冲击，这样加剧了电网的波动。当雷击中高压电力线路后，经过变压器耦合到低压测 ，进而入侵到数据中心的供电设备上。按照标准要求，一切数据中心里运行的设备必须接地，并具有防雷装置，避免雷击。表1列举了造成电 网波动的几大来源，这样的电压波动显然会对设备造成冲击，影响设备的正常运行。

1.跌落。一 般是由重载接通、电网电压低下造成的，这时供电电压出现了突然的降低。数据中心对设备要求有承受跌落的能力。衡量的标准是电压跌落 的幅度和时间，一般要求电压跌落至20%额定电压时，设备能保持正常运行0.625S。这个数据参考了UPS的切换时间，UPS的供电切换时间可以 达到几百毫秒以内，当发生跌落时，可以在UPS将供电从一路切换到另一路的时间内，设备保持正常运行。

3. 频率偏移。一般是由发电机不稳定，区域性电网故障导致。造成频率偏移主要是由于过负荷和发生谐振。频率质量是电 能质量的一个重要指标，国家电力工业技术管理法规规定，大容量电力系统的频率偏差不得超过正负0.2Hz，而国外都要求不得超过正负 0.1Hz。当频率降低时，无功功率负荷将增大，这将促使电压水平的下降。频率过低失，会造成大面积停电。当频率发生大幅度偏移时，将会 影响数据中心设备的正常工作。

5.浪涌。一般来自雷电、用电负载突然增加或减 少、变压器抽头不恰当等。浪涌一般是指电压向上波动，突然升高。就我国目前的电网质量，这种情况几乎无法避免，浪涌随时都可能发生 ，所以只能从设备上想办法来应对浪涌，提升设备对浪涌的冲击能力。

以上介绍的这些电网 质量问题都会对数据中心设备运行造成不良影响，有些是致命的，会给数据中心带来灾难性的后果。既然数据中心无法改变电网的质量，那 就要从自身入手，减少电网质量对设备的伤害。首先，数据中心的设备一定要接地，使设备上滤波电路能有效的滤除电网干扰。其次，数据 中心设备要远离载有大电流的导体，产生强电磁场的设备，和一些大功率的非线性负载设备隔开。再次，数据中心设备要增加前级配电保护 装置，增加电能净化设备，比如调压器、滤波器、电涌抑制器、UPS不间断电源。通过这些电能净化设备消除电网质量对数据中心设备的损害 。电网质量对设备的影响往往是潜移默化的，平时很难观察到，往往都是在设备已经发生了故障后才注意到，所以一定要增加防护措施，让 数据中心设备用上安全的电。

答：交流输电线路的主要参数包括串联电阻、串联电抗和并联电导、并联电容。输电线路输送功率时，串联电抗上的电流滞后于电 压，串联电抗吸收无功功率；并联电容上的电压滞后于电流，并联电容发出无功功率。串联电抗吸收的无功功率与流过输电线路电流的平方 成正比，因此串联电抗吸收的无功功率随负荷大小的变化而变化；并联电容发出的无功功率与输电线路的电压的平方成正比，当线路电压维 持在标称电压允许的范围内时，并联电容发出的无功功率基本保持恒定。当线路发出的无功功率恰好等于其吸收的无功功率时，此时线路的 输送功率为线路的自然功率，沿线路各点的电压幅值大小相同；当线路的输送功率小于线路的自然功率时，线路发出的无功功率将大于吸收 的无功功率；当线路的输送功率大于线路的自然功率时，线路发出的无功功率将小于吸收的无功功率。

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答：由于特高压输电线路电压等级高，其无功功率的一个显著特点就是线路电容产生的无功功 率很大，对于100公里的特高压线路，在额定电压为1000千伏以及最高运行电压为1100千伏的条件下，发出的无功功率可以达到40万千乏～50 万千乏，约为500千伏线路的5倍。同时，在特高压电网不同的发展时期，特高压输电线路传输的功率有较大分别，因此无功功率的变化也很 不一样。特高压电网在建设初期,主要是实现点对点的电能输送，受系统阻抗特性及稳定极限的限制，输送功率将小于线路的自然功率，线路 发出的容性无功功率过剩；随着特高压电网的进一步建设，特高压电网将实现各区域电网的互联，电网的输送功率将有很大提高，而且为了 充分利用各区域电网的发电资源，实现水火电互济和更大范围内的资源优化配置，特高压电网的输送功率将随时变化，因而输电线路的无功 功率也将频繁变化。

答：在交流特高压输电线路输送功率较小时，并联电容产生的无功功率大于串联电抗消耗的无功功率，电网无功 过剩较大，电压上升，危及设备和系统的安全；在线路末端三相开断或故障后非全相开断时，线路上将产生工频过电压，同样危及设备和系 统的安全。为了保持输电线路的无功平衡，特别是为了限制轻载负荷引起的电压升高和线路开断时引起的工频过电压，通常需要在线路送端 和受端或其中一端装设固定高压并联电抗器来进行无功补偿。高压并联电抗器可以在线路带轻载负荷的情况下吸收线路并联电容发出的无功 功率，减少过剩的无功功率，限制工频过电压。但是加装固定高压并联电抗器后，在输电线路带重载负荷的情况下，线路电抗需要吸收的无 功功率将大于电容发出的无功功率，线路还需要从送端、受端吸收大量的无功功率。为保证正常的功率输送，通常还采用低压无功补偿设备 。低压无功补偿设备一般安装在特高压变压器低压侧绕组，分为容性补偿设备和感性无功补偿设备，根据线路传输功率的变化分组投切。