力调电费

     力调电费，指供电公司根据客户一段时间内（如一个月或年）所使用的有无功电量来计算其平均功率因数，并据此收取的相关电费。

计费数量

     电费单上的力调电费的计费数量，是根据功的率因数的高低，加收得总电费的百分数（即“调整率”），这个“调整率”根据相应功率因数的高低是不同的，功率因数高，费率就低，功率因数低，费率就高。这个费率，可能各地略有不同，请参考咨询当地执行的电费政策。

电费设置原因

     通过上面的对其的定义就可以明知力调电费是供电公司控制功率因数的，按照电力行业专业术语说就是控制功率平衡的， 主要的目的是给广大用电客户提供稳定可靠的供电服务。众所周知，客户使用电力的时间和数量都是随机的，而要求是苛刻的。无论客户什么时候需要用电，供电公司均得做到提供电压合格、频率稳定的电源。为了实现这个目标，电力企业会投入很大资金来 做到这点，但由于客户用电的随机性和负荷长期预测准确性不高的原因，特此需要通过电费来调整客户的有功和无功的使用。

     对于家庭用电客户，空调等含有电机类电器均消耗无功功率和有功功率；对于企业用户也类似。

2计算方法和规定

     假设当月有功电量是A，无功电量是B，功率因数是cosφ，则月平均功率因数： COSφ=A/根号(A的平方+B的平方)该功率因数标准要求为0.9

     功率因数奖、罚规定：每低于标准0.01时，从电费总额罚款0.5%，以此递增，低于0.7每一级提高到1%，低于0.65每级提高到2%；每高于标准0.01时，从电费总额奖0.15%，以此类推，以0.75%封顶。

     表一以0.90为标准值的功率因数调整电费表

减收电费 增　收　电　费

实际功率因数 月电费减少% 实际功率因数 月电费增加% 实际功率因数 月电费增加%

0.90 0.00 0.89 0.5 0.76 7.0

0.91 0.15 0.88 1.0 0.75 7.5

0.92 0.30 0.87 1.5 0.74 8.0

0.93 0.45 0.86 2.0 0.73 8.5

0.94 0.60 0.85 2.5 0.72 9.0

0.95~1.00 0.75 0.84 3.0 0.71 9.5

0.83 3.5 0.70 10.0

0.82 4.0 0.69 11.0

0.81 4.5 0.68 12.0

0.80 5.0 0.67 13.0

0.79 5.5 0.66 14.0

0.78 6.0 0.65 15.0

0.77 6.5

     功率因数自0.64及以下，每降低0.01，电费增加2%

     按有关规定，需从电费总额罚款百分比为19%。

3用电电费

     电费，即用电费用。

     就是一个企业、单位、个人在一定时间内所耗费的电能电量，按照物价部门核定的价格，应付的费用。

     一般在规定时间内按月支付，也可委托转账代收。

义务民用电费:

50度以内（含50度）:0.538

50度以上至150度:0.568

200度以上:0.638

2010年12月27日

     关于颁发《功率因数调整电费办法》[1] 的通知(83)水电财字第215号

     各电业管理局,各省、市、自治区物价局(委),电力局:

     国家现行电价制度中的《力率调整电费办法》,自五十年代制订并实施以来,对促进用户装设无功补偿没备,节约电能,起了一定作用。但是,二十多年来,电网和用户的情况均发生了很大变化,该办法已不能适应节能、改善电压质量和提高社会经济效益的需要。在长期、反复调查研究的基础上我们根据国家经委批准颁发的《 供用电规则》的有关规定,对现行《力率调整电费办法》作了修改,经多次讨论、征求意见后,拟订了新的《功率因数调整电费办法》现予颁发执行。

     考虑到用户和电业部门执行新的《功率因数调整电费办法》,尚需一定时间进行准备,各电业管理局可根据本地区的不同情况,按下述要求组织实施:

     一、现已实行《力率调整电费办法》的用户,凡原执行0.90功率因数标准值者和原执行0.85功率因数标准值而一九八三年十二月的实际功率因数已达0.90及其以上者,自一九八四年一月一日起按新规定执行,其余用户可延至一九八四年七月一日起执行,其中实际功率困数0.85至0.90者,在此期间可不减收电费,0.85以下者应增收电费。

     二、现未实行《力率调整电费办法》的用户,可由各电业管理局按新的《功率困数调整电费办法》的有关规定,区别不同情况,拟订措施,分步实施,但执行新规定的时间,不应晚于一九八六年底。

     三、实行两部制电价的范围不变。

     四、各地执行中遇到的问题,请随时报水利电力部。

     附件:《功率因数调整电费办法》及附表一、二、三:

     水利电力部

     国家物价局

     一九八三年十二月二月

     附件:

功率因数调整电费办法(83)水电财字第215号 1983年12月2日

     一、鉴于电力生产的特点,用户用电功率因数的高低对发、供、用电设备的充分利用、节约电能和改善电压质量有着重要影响。为了提高用户的功率因数并保持其均衡,以提高供用电双方和社会的经济效益,特制定本办法。

     二、功率因数的标准值及其适用范围:

     1、功率因数标准0.90,适用于160千伏安以上的高压供电工业用户(包括社队工业用户)、装有带负荷调整电压装置的高压供电电力用户和3200千伏安及以上的高压供电电力排灌站;

     2、功率因数标准0.85,适用于100千伏安(千瓦)及以上的其他工业用户(包括社队工业用户)、100千伏安(千瓦)及以上的非工业用户和100千伏安(千瓦)及以上的电力排灌站;

     3、功率因数标准0.80,适用于100千伏安(千瓦)及以上的农业用户和趸售用户,但大工业用户未划由电业直接管理的趸售用户,功率因数标准应为0.85。

     三、功率因数的计算:

     1、凡实行功率因数调整电费的用户,应装设带有防倒装置的无功电能表,按用户每月实用有功电量和无功电量,计算月平均功率因数;

     2、凡装有无功补偿设备且有可能向电网倒送无功电量的用户,应随其负荷和电压变动及时投入或切除部分无功补偿设备,电业部门并应在计费计量点加装有有防倒装置的反向无功电能表,按倒送的无功电量与实用无功电量两者的 值之和,计算月平均功率因数;

     3、根据电网需要,对大用户实行高峰功率因数考核,加装记录高峰时段内有功、无功电量的电度表,据以计算月平均高峰功率因数,对部分用户还可试行高峰、低谷两个时段分别计算功率因数,由试行的省、市、自治区电力局或电网管理局拟订办法,报水利电力部审批后执行。

     四、电费的调整:

     根据计算的功率因数,高于或低于规定标准时,在按照规定的电价计算出其当月电费后,再按照“功率因数调整电费表”(表一、二、三)所规定的百分数增减电费。如用户的功率因数在“功率因数调整电费表”所列两数之间,则以四舍五入计算。

     五、根据电网的具体情况,对不需增设补偿设备,用电功率因数就能达到规定标准的用户,或离电源点较近、电压质量较好,勿需进一步提高用电功率因数的用户,可以降低功率因数标准或不实行功率因数调整电费办法,但须经省、市、自治区电力局批准,并报电网管理局备案。降低功率因数标准的用户的实际功率因数,高于降低后的功率标准时,不减收电费,但低于降低后的功率因数标准时,应增收电费。

     六、本办法正式颁发执行后,1976年颁发的《电热价格》中的《力率调整电费办法》即同时废止。

     七、本办法解释权属水利电力部。

     水利电力部、国家物价局文件

     (83)水电财字第215号

     关于颁发《功率因数调整电费办法》的通知

     各电业管理局，各省、市、自治区物价局（委）、电力局：

     国家现行电价制度中的《力率调整电费办法》，自五十年代制订并实施以来，对促进用户装设无功补偿设备，节约电能，起了一定作用。但是，二十多年来，电网和用户的情况均发生了很大变化，该办法已不能适应节能、改善电压质量和提高社会经济效益的需要。在长期、反复调查研究的基础上，我们根据国家经委 近批准颁发的《 供用电规划》的有关规定，对现行《力率调整电费办法》作了修改，经多次讨论、征求意见后，拟订了新的《功率因数调整电费办法》，现予颁发执行。

     考虑到用户和电业部门执行新的《功率因数调整电费办法》，尚需一定时间进行准备，各电业管理局可根据本地区的不同情况，按下述要求组织实施：

     一、现已实现《力率调整电费办法》的用户，凡原执行0.90功率因数标准值者和原执行0.85功率因数标准值而一九八三年十二月的实际功率因数已达0.90及以上者，自一九八四年一月一日起按新规定执行；其余用户可延至一九八四年七月一日起执行，其中实际功率因数0.85至0.90者，在此期间可不减收电费，0.85以下者应增收电费。

     二、现未实行《力率调整电费办法》的用户，可由各电业管理局按新的《功率因数调整电费办法》的有关规定，区别不同情况，拟订措施，分步实施。但执行新规定的时间，不应晚于一九八六年底。

     三、实行两部制电价的范围不变。

     四、各地执行中遇到的问题，请随时报水利电力部。

附件：《功率因数调整电费办法》及附表一、二、三。

中华人民共和国水利电力部

国家物价局

     一九八三年十二月二日

     功率因数调整电费办法

     鉴于电力生产的特点，用户用电功率因数的高低对发、供、用电设备的充分利用、节约电能和改善电压质量有着重要影响。为了提高用户的功率因数并保持其均衡，以提高供电用双方和社会的经济效益，特制定本办法。

功率因数的标准值及其适用范围

功率因数标准0.90，适用于160千伏安以上的高压供电工业用户（包括社队工业用户）、装有带负荷调整电压装置的高压供电电力用户和3200千伏安及以上的高压供电电力排灌站；

功率因数标准0.85，适用于100千伏安（千瓦）及以上的其他工业用户（包括社队工业用户），100千伏安（千瓦）及以上的非工业用户和100千伏安（千瓦）及以上的电力排灌站；

功率因数标准0.80，适用于100千伏安（千瓦）及以上的农业用户和趸售用户，但大工业用户未划由电业直接管理的趸售用户，功率因数标准应为0.85。

功率因数的计算

凡实行功率因数调整电费的用户，应装设带有防倒装置的无功电度表，按用户每月实用有功电量和无功电量，计算月平均功率因数；

凡装有无功补尝设备且有可能向电网倒送无功电量的用户，应随其负荷和电压变动及时投入或切除部分无功补尝设备，电业部门并应在计费计量点加装有防倒装置的反向无功电度表，按倒送的无功电量与实用无功电量两者的 值之和，计算月平均功率因数；

根据电网需要，对大用户实行高峰功率因数考核，加装记录高峰时段内有功、无功电量的电度表，据以计算月平均高峰功率因数；对部分用户还可试行高峰、低谷两个时段分别计算功率因数，由试行的省、市、自治区电力局或电网管理局拟订办法，报水利电力部审批后执行。

电费的调整

根据计算的功率因数，高于或低于规定标准时，在按照规定的电价计算出其当月电费后，再按照“功率因数调整电费表”（表一、二、三、）所规定的百分数增减电费。如用户的功率因数在“功率因数调整电费表”所列两数之间，则以四舍五入计算。

五、根据电网的具体情况，对不需增设补尝设备，用电功率因数就能达到规定标准的用户，或离电源点较近，电压质量较好、勿需进一步提高用电功率因数的用户，可以降低功率因数标准或不实行功率因数调整电费办法，但须经省、市、自治区电力局批准备，并报电网管理局备案。降低功率因数标准的用户的实际功率因数，高于降低后的功率因数标准时，不减收电费，但低于降低后的功率因数标准时，应增收电费。

本办法正式颁发执行后，1976年颁发的《电热价格》中的《力率调整电费办法》即同时废止。

本办法解释权属水利电力部。

表一以0.90为标准值的功率因数调整电费表

减收电费 增收电费

实际功率因数 月电费减少％ 实际功率因数 月电费增加％ 实际功率因数 月电费增加％

0.90 0.00 0.89 0.5 0.75 7.5

0.91 0.15 0.88 1.0 0.74 8.0

0.92 0.30 0.87 1.5 0.73 8.5

0.93 0.45 0.86 2.0 0.72 9.0

0.94 0.60 0.85 2.5 0.71 9.5

0.95~1.00 0.75 0.84 3.0 0.70 10.0

0.83 3.5 0.69 11.0

0.82 4.0 0.68 12.0

0.81 4.5 0.67 13.0

0.80 5.0 0.66 14.0

0.79 5.5 0.65 15.0

0.78 6.0 功率因数自0.64及以下，每降低0.01电费增加2％

0.77 6.5

0.76 7.0

表二以0.85为标准值的功率因数电费调整表

减收电费 增收电费

实际功率因数 月电费减少％ 实际功率因数 月电费增加％ 实际功率因数 月电费增加％

0.85 0.0 0.84 0.5 0.70 7.5

0.86 0.1 0.83 1.0 0.69 8.0

0.87 0.2 0.82 1.5 0.68 8.5

0.88 0.3 0.81 2.0 0.67 9.0

0.89 0.4 0.80 2.5 0.66 9.5

0.90 0.5 0.79 3.0 0.65 10.0

0.91 0.65 0.78 3.5 0.64 11.0

0.92 0.80 0.77 4.0 0.63 12.0

0.93 0.95 0.76 4.5 0.62 13.0

0.94-1.00 1.10 0.75 5.0 0.61 14.0

0.74 5.5 0.60 15.0

0.73 6.0 功率因数自0.59及以下，每降低0.01电费增加2％

0.72 6.5

0.71 7.0

表三以0.80为标准值的功率因数电费调整表

减收电费 增收电费

实际功率因数 月电费减少％ 实际功率因数 月电费增加％ 实际功率因数 月电费增加％

0.80 0.0 0.79 0.5 0.65 7.5

0.81 0.1 0.78 1.0 0.64 8.0

0.82 0.2 0.77 1.5 0.63 8.5

0.83 0.3 0.76 2.0 0.62 9.0

0.84 0.4 0.75 2.5 0.61 9.5

0.85 0.5 0.74 3.0 0.60 10.0

0.86 0.6 0.73 3.5 0.59 11.0

0.87 0.7 0.72 4.0 0.58 12.0

0.88 0.8 0.71 4.5 0.57 13.0

0.89 0.9 0.70 5.0 0.56 14.0

0.90 1.0 0.69 5.5 0.55 15.0

0.91 1.15 0.68 6.0 功率因数自0.54及以下，每降低0.01电费增加2％

0.92-1.00 1.3 0.67 6.5

0.66 7.0

什么是无功功率

在电网中，由电源供给负载的电功率有两种：一种是有功功率，另一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。比如：5.5kW的电动机就是把5.5kW的电力转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40W的日光灯，除需40W有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外，还需80var左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它对外不做功，才被称之为"无功"。

无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。

在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。

无功功率对供、用电也产生一定的不良影响，主要表现在：

(1)降低发电机有功功率的输出。

(2)视在功率一定时，增加无功功率就要降低输、变电设备的供电能力。

(3)电网内无功功率的流动会造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。

(4)系统缺乏无功功率时就会造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。

从发电机和高压输电线供给的无功功率，一般满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以 用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。

什么是功率因数

关于功率因数。

功率因数，是用来衡量用电设备（包括：广义的用电设备，如：电网的变压器、传输线路，等等）的用电效率的数据。

功率因数的定义公式：功率因数＝有功功率/视在功率。

有功功率，是设备消耗了的，转换为其他能量的功率。

无功功率，是维持设备运转，但是并不消耗的能量。他存在于电网与设备之间，是电网和设备不可缺少的能量部分。但是无功功率如果被设备占用过多，就造成电网效率低下，同时，大量无功功率在电网中来回传送，使得线损高企浪费严重。

为了减少电网的无功传送，就要求用户在用电端，给设备提供无功功率，这种提供无功功率的行为，就是无功补偿。提供无功功率的补偿设备，称之为：无功补偿装置。比如深圳奥特电器公司的ATBX就地补偿箱，就是非常有效的就地补偿装置。

其他：必须了解的：

视在功率，就使我们常说的功率容量。计算：视在功率的平方＝有功功率的平方+无功功率的平方。

视在功率、有功功率、无功功率三者呈直角三角形关系。

注意：在没有谐波的情况下，可以推导出：功率因数＝COSa   (电压电流角差的余弦)。但是有谐波的时候，上述表达式式不成立。这时很多人，包括很多 都没有意识到的一个情况。详细公式，请见有关书籍。

功率因数

在交流电路中，电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S.

说明

功率因数（Power Factor）的大小与电路的负荷性质有关， 如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1，一般具有电感性负载的电路功率因数都小于1。功率因数是电力系统的一个重要的技术数据。功率因数是衡量电气设备效率高低的一个系数。功率因数低，说明电路用于交变磁场转换的无功功率大， 从而降低了设备的利用率，增加了线路供电损失。

计算

功率因数低的根本原因是电感性负载的存在。例如，生产中 常见的交流异步电动机在额定负载时的功率因数一般为0.7--0.9,如果在轻载时其功率因数就更低。其它设备如工频炉、电焊变压器以及日光灯等，负载的功率因数也都是较低的。从功率三角形及其相互关系式中不难看出，在视在功率不变的情况下，功率因数越低（角越大），有功功率就越小，同时无功功率却越大。这种使供电设备的容量不能得到充分利用，例如容量为1000kVA的变压器，如果cos=1,即能送出1000kW的有功功率；而在cos=0.7时，则只能送出700kW的有功功率。功率因数低不但降低了供电设备的有效输出，而且加大了供电设备及线路中的损耗，因此，必须采取并联电容器等补偿无功功率的措施，以提高功率因数。

功率因数既然表示了总功率中有功功率所占的比例，显然在任何情况下功率因数都不可能大于1。由功率三角形可见，当=0°即交流电路中电压与电流同相位时，有功功率等于视在功率。这时cos的值 大，即cos=1，当电路中只有纯阻性负载，或电路中感抗与容抗相等时，才会出现这种情况。

感性电路中电流的相位总是滞后于电压，此时0°<<90°，此时称电路中有“滞后”的cos；而容性电路中电流的相位总是超前于电压，这时-90°<<0°，称电路中有“超前”的cos。

功率因数的计算方式很多，主要有直接计算法和查表法。常用的计算公式为：

功率因数计算公式

要求

基本分析

拿设备作举例。例如：设备功率为100个单位，也就是说，有100个单位的功率输送到设备中。然而，因大部分电器系统存在固有的无功损耗，只能使用70个单位的功率。很不幸，虽然仅仅使用70个单位，却要付100个单位的费用。(使用了70个单位的有功功率，你付的就是70个单位的消耗)在这个例子中，功率因数是0.7 (如果大部分设备的功率因数小于0.9时，将被罚款)，这种无功损耗主要存在于电机设备中(如鼓风机、抽水机、压缩机等)，又叫感性负载。功率因数是马达效能的计量标准。

基本分析

每种电机系统均消耗两大功率，分别是真正的有功（单位：瓦）及电抗性的无功（单位：乏）。功率因数是有用功与总功率间的比值。功率因数越高，有用功与总功率间的比值就越大，系统运行则更有效率。

分析

在感性负载电路中，电流波形峰值在电压波形峰值之后发生。两种波形峰值的分隔可用功率因数表示。功率因数越低，两个波形峰值则分隔越大。

4非线性负载

电力系统上常见的非线性负载包括整流器（用在电源供应器中），或是像萤光灯、电焊机或电弧炉电弧放电的设备。由于这些系统的电流会因为元件的切换而中断，电流会含有谐波成份，其频率为电源系统的整数倍数。畸变功率因子（Distortion Power Factor）可用来量度电流的谐波畸变对其平均功率的影响。

电脑电源供应器的弦波电压及非弦波电流，其畸变功率因子为0.75。

非弦波成份

非线性负载将电流波形由正弦波扭曲成其他波形。非线性负载的输入电流中除了原来电源的频率（基频）外，其中也会有许多高频的谐波电流成份。由电容器及电感器等线性元件组成的滤波器可以降低谐波电流由负载端进入电源系统中。

线性元件组成的电路若电压为一正弦波，其电流也是相同频率的弦波。其功率因子只是因为电压和电流之间的相位差，也可以称为位移功率因子（Displacement Power Factor）。若电流或电压非弦波，视在功率包括所有谐波成份时，功率因子中不但有电压和电流之间的相位差导致的位移功率因子，也会有对应谐波成份的畸变功率因子。

一般的三用电表无法量测非线性负载的输入电流。三用电表会量测整流后波形的平均值。若使用量测均方根（RMS）值的电表，可以量测实际电流及电压的均方根值，因此也可以计算视在功率。若要量测有功功率或无功功率，需使用针对非正弦波电流设计的瓦特表。

畸变功率因子

畸变功率因子（Distortion Power Factor）量度电流的谐波畸变对其平均功率的影响。

为负载电流的总谐波畸变。上述定义假设电压仍维持正弦波，没有畸变，此假设接近一般实际应用的情形。为电流的基频成份，而为总电流，二者都以均方根值表示。

若将畸变功率因子乘以位移功率因子（Displacement Power Factor，简称DPF），即可得到总功率因子，也可称为真功率因子，或直接简称为功率因子。

开关电源

开关电源是一种常见的非线性负载， 上至少有数百万台个人电脑中有开关电源，功率输出从数瓦到一千瓦。早期廉价的开关电源中有一个全波整流器，整流器只有在电源端电压超过内部电容器的电压时才会导通，因此其峰值因子很高，畸变功率因子很低，而且在三相的电流系统中，其中性线电流不会为零，可能会有中性线负载过大的问题[6]。

典型的开关电源首先会用整流二极管产生直流电压，再由直流电压产生输出电压。由于整流器为非线性元件，其输入电流会有许多的高次谐波成份。此情形会造成电力公司的困扰，因为无法靠加入电容器及电感器的方式补偿高频的谐波成份。因此一些地区已开始立法要求所有功率大于一定值的电源供应器需要有功率因子修正机能。

欧盟为了提升功率因子，有设置谐波的标准。若要符合现行欧盟标准EN61000-3-2，所有输出功率大于75W的开关电源至少需要有被动功率因子修正（passive PFC）机能。而80 PLUS开关电源 要求功率因子至少需到达0.9的水平[7]。

改善

电网中的电力负荷如电动机、变压器、日光灯及电弧炉等，大多属于电感性负荷，这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率，还同时吸收无功功率。因此在电网中安装并联电容器无功补偿设备后，将可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率，减少了电网电源侧向感性负荷提供及由线路输送的无功功率。由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿的效益。 无功补偿的主要目的就是提升补偿系统的功率因数。因为供电局发出来的电是以kVA或者MVA来计算的，但是收费却是以kW，也就是实际所做的有用功来收费，两者之间有一个无效功率的差值，一般而言就是以kvar为单位的无功功率。大部分的无效功都是电感性，也就是一般所谓的电动机、变压器、日光灯……，几乎所有的无效功都是电感性，电容性的非常少见，例如：变频器就是容性的，在变频器电源端加入电抗器可提高功率因数。

6内容

由于感性、容性或非线性负荷的存在，导致系统存在无功功率，从而导致有功功率不等于视在功率，三者之间关系如下：

S^2=P^2+Q^2

一种有源功率因数校正电路

；S为视在功率，P为有功功率，Q为无功功率。三者的单位分别为VA（或kVA），W（或kW），var（或kvar）。

简单来讲，在上面的公式中，如果 的kvar的值为零的话，kVA就会与kW相等，那么供电局发出来的1kVA的电就等于用户1kW的消耗，此时成本效益 高，所以功率因数是供电局非常在意的一个系数。用户如果没有达到理想的功率因数，相对地就是在消耗供电局的资源，所以这也是为什么功率因数是一个法规的限制。就国内而言功率因数规定是必须介于电感性的0.9～1之间，低于0.9时需要接受处罚。

好处

供电部门为了提高成本效益要求用户提高功率因数，那提高功率因数对用户端有什么好处呢？

① 通过改善功率因数，减少了线路中总电流和供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等的容量，因此不但减少了投资费用，而且降低了本身电能的损耗。

② 良好的功因数值的 ，从而减少供电系统中的电压损失，可以使负载电压更稳定，改善电能的质量。

③ 可以增加系统的裕度，挖掘出了发供电设备的潜力。如果系统的功率因数低，那么在既有设备容量不变的情况下，装设电容器后，可以提高功率因数，增加负载的容量。

举例而言，将1000kVA变压器之功率因数从0.8提高到0.98时：

补偿前：1000×0.8=800kW

补偿后：1000×0.98=980kW

同样一台1000kVA的变压器，功率因数改变后，它就可以多承担180kW的负载。

④ 减少了用户的电费支出；透过上述各元件损失的减少及功率因数提高的电费优惠。

此外，有些电力电子设备如整流器、变频器、开关电源等；可饱和设备如变压器、电动机、发电机等；电弧设备及电光源设备如电弧炉、日光灯等，这些设备均是主要的谐波源，运行时将产生大量的谐波。谐波对发动机、变压器、电动机、电容器等所有连接于电网的电器设备都有大小不等的危害，主要表现为产生谐波附加损耗，使得设备过载过热以及谐波过电压加速设备的绝缘老化等。

并联到线路上进行无功补偿的电容器对谐波会有放大作用，使得系统电压及电流的畸变更加严重。另外，谐波电流叠加在电容器的基波电流上，会使电容器的电流有效值增加，造成温度升高，减少电容器的使用寿命。

谐波电流使变压器的铜损耗增加，引起局部过热、振动、噪音增大、绕组附加发热等。

谐波污染也会增加电缆等输电线路的损耗。而且谐波污染对通讯质量有影响。当电流谐波分量较高时，可能会引起继电保护的过电压保护、过电流保护的误动作。

因此，如果系统量测出谐波含量过高时，除了电容器端需要串联适宜的调谐（detuned）电抗外，并需针对负载特性专案研讨加装谐波改善装置。

改善电能

为什么说提高用户的功率因数可以改善电压质量？

电力系统向用户供电的电压，是随着线路所输送的有功功率和无功功率变化而变化的。当线路输送一定数量的有功功率时，如输送的无功功率越多，线路的电压损失越大。即送至用户端的电压就越低。如果110kV以下的线路，其电压损失可近似为：△U=(PR+QX)/Ue

其中：△U－线路的电压损失，kV

Ue－－线路的额定电压，kV

P－－线路输送的有功功率，kW

Q－－线路输送的无功功率，kvar

R—线路电阻，欧姆

X－－线路电抗，欧姆

由上式可见，当用户功率因数提高以后，它向电力系统吸取的无功功率就要减少，因此电压损失也要减少，从而改善了用户的电压质量。

在直流电路里，电压乘电流就是有功功率。但在交流电路里，电压乘电流是视在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）将小于视在功率。有功功率与视在功率之比叫做功率因数，以COSΦ表示，其实 简单的测量方式就是测量电压与电流之间的相位差，得出的结果就是功率因数。

如何提高

（1）提高自然功率因数。自然功率因数是在没有任何补偿情况下，用电设备的功率因数。提高自然功率因数的方法：合理选择异步电机；避免变压器空载运行；合理安排和调整工艺流程，改善机电设备的运行状况；在生产工艺允许条件下，采用同步电动机代替异步电动机。

（2）采用人工补偿无功功率。装用无功功率补偿设备进行人工补偿，电力用户常用的无功功率补偿设备是电力电容器。

提高功率因数的方法

提高功率因数的途径主要在于如何减少电力系统中各个部分所需的无功功率,特别是减少负荷取用的

无功功率,使电力系统在输送一定的有功功率时,可降低其中通过的无功电流

提高功率因数的方法很多,但总的来说可以归结为两大类:

提高自然功率因数的方法

采用降低各用电设备所需的无功功率以改善其功率因数的措施,称为提高自然功率因数的方法 主要有:

1、正确选用异步电动机的型号与容量。据有关资料介绍,我国中小型异步电动机的用电负荷约占电网总负荷的80 %以上,几个主要电网中,电动机所耗能占整个工业用电量的60 %～ 68 %左右1 因此做好电动机的降损节能具有十分重要的经济意义 正确选用异步电动机,使其额定容量与所带负载相配合,对于改善功率因数是十分重要的 在选型方面,要注意选用节能型,淘汰高能耗的电动机,并依据电机机械工作对启动力矩、启动次数、调速等方面的具体要求,选用不同的型号。 电动机的效率η与功率因数cosφ是反映电动机经济运行水平的主要指标,都与负载率β有密切关系1 GB/ T 12497 - 90 对三相异步电机三个运行区域规定如下:

当负载率β在70 %～ 100 %之间时,为经济运行区;

当40 % ≤β ≤70 %时,为一般运行区;

当β < 40 % 时,为非经济运行区;

2、根据负荷选用相匹配的变压器。电力变压器一次侧功率因数不但与负荷的功率因数有关,而且与负荷率有关若变压器满载运行,一次侧功率因数仅比二次侧降低约3 ～ 5 %;若变压器轻载运行,当负荷小于0. 6 时,一次侧功率因数就显著下降,下降达11 ～ 18 %,所以电力变压器的负荷率在0. 6 以上运行时才较经济,一般应在60 %～ 70 %比较合适为了充分利用设备和提高功率因数,电力变压器一般不宜作轻载运行。当电力变压器负荷率小于30 %时,应当更换成容量较小的变压器

(3、合理安排和调整工艺流程。合理安排和调整工艺流程, 改善电机设备的运行状态, 限制电焊机和机床电动机的空载运行1 例如可采用空载自动延时断电装置流程等

4、异步电动机同步化运行。对于负荷率不大于0. 7 及 大负荷不大于90 % 额定功率的绕线式异步电动机,必要时可使其同步化,即当绕线式异步电动机在起动完毕以后,向转子三相绕组中送入直流励磁,即产生转矩把异步电动机牵入同步运行,其运转状态与同步电动机相似在过励磁的情况下,电动机可向电网送出无功功率,从而达到改善功率因数的目的。

提高功率因数的补偿方法

采用供应无功功率的设备来补偿用电设备所需的无功功率,以提高其功率因数的措施,称为提高功率因数的补偿方法。采用补偿法来提高功率因数,必须增加新设备、增加有色与黑色金属的需用量。 此外,补偿设备本身也有功率损失,所以从整体来看,应首先采用提高用电设备自然功率因数的方法。 但当功率因数还达不到《电力设计技术规范》所要求的数值时,则需采用专门的补偿设备来提高功率因数。应用人工补偿无功功率的方法通常有应用移相电容器(即静电电容器) 、采用同步电动机和采用同步调相机三种方法。

同步电动机在过励磁方式运行(0. 8 ～ 0. 9 超前) 时,就向电力系统输送无功功率,提高了工业企业的功率因数 一般在满足工艺条件下,采用或不采用同步电动机来提高企业的功率因数,应进行技术经济比较。通常对低速、恒速且长期连续工作的容量较大的电动机,宜采用同步电动机组,如轧钢的电动机组、球磨机、空压机、鼓风机、水泵等设备 这些设备采用同步电动机为原动机时,其容量一般在250 kW 以上,环境与启动条件均能满足同步电动机的要求,而且停歇时间较少,因此对改善功率因数能起很大作用 但是同步电动机结构复杂,并且附有一套启动控制设备,维护工作量大,价格较异步电动机贵,而且高压移相电容器价格普遍降低,这就相应地提高了“异步电动机加移相电容器的补偿方案”的优越性 移相电容器由于具有功率损耗小、运行维修很方便、短路电流小等优点而在工业企业中被广泛用作人工补偿装置。

综上所述,提高功率因数必然对国家的能源利用、企业的经济效益起到促进作用, 是 电力系统电能质量、电压质量、降低网络损耗以及 运行所不可缺少的条件 应根据不同情况采取相应措施来提高功率因数,降低无功损耗,从而提高经济效益。

功率因素

1、柴油发电机振荡失步的特征

1）定子电流超出正常值，电流表指针将激烈地撞挡。

2）定子电压表的指针将快速摆动。

3）有功功率表指针在表盘整个刻度盘上摆动。

4）转子电流表指针在正常值附近快速摆动。

5）发电机发出鸣叫声，且叫声的变化与仪表指针的摆动频率相对应。

6）其他并列运行的发电机的仪表也有相应的摆动

2、发电机振荡失步的时处理方法

发电机振荡失去同步时应注意以下几条：

1）要通过增加励磁电流来产生恢复同步的条件；

2）要适当地调整该机的负荷，以帮助恢复同步；

3）当整个电厂与系统失去同步时，该电厂的所有发电机都将发生振荡，除设法增加每台发电机的励磁电流外，在无法恢复同步的

情况下，为使发电机免遭持续电流的损害，应按规程规定，在2分钟后将电厂与系统解列。

功率因数

功率因子表征着灯具输出有功功率的能力。功率是能量的传输率的度量，在直流电路中它是电压V和电流A的乘积。在交流系统里则要复杂些：即有部分交流电流在负载里循环不传输电能，它称为电抗电流或谐波电流，它使视在功率( 电压Volt乘电流Amps)大于实际功率。视在功率和实际功率的不等引出了功率因数，功率因数等于实际功率与视在功率的比值。所以交流系统里实际功率等于视在功率乘以功率因数。 即：功率因数=实际功率/视在功率。只有电加热器和灯泡等线性负载的功率因素为1，许多设备的实际功率与视在功率的差值素很小，可以忽略不计，而像容性设备如灯具的这种差值则很大、很重要。美国PC Magazine 杂志的一项研究表明灯具的典型功率因数为0.65，即视在功率(VA)比实际功率(Watts)大50%!

视在功率

视在功率：即交流电压和交流电流的乘积。用公式表示为：S=UI。式中，S是额定输出功率，单位是VA(伏安);U是额定输出电压，单位是V， 如220V、380V等;I是额定输出电流，单位是A。视在功率包括两部分：有功功率(P)和无功功率(Q)。有功功率是指直接做功的部分。比如使灯发亮、使电机转动、使电子电路工作等。因为这个功率做功后都变成了热量，可以直接被人们感觉到，所以有些人就产生一个错觉，即把有功功率当成了视在功率，孰不知有功功率只是视在功率的一部分，用式表示：P=Scosθ=UIcosθ=UIF。式中，P是有功功率，单位是W(瓦);F=cosθ被称为功率因子，而θ是在非线性负载时电压电流不同相时的相位差。无功功率是储藏在电路中但不直接做功的那部分功率，用式表示：Q=Ssinθ=UIsinθ。式中，Q为无功功率，单位是var(乏)。

无功功率

对于灯具和其它一切靠直流电压工作的电子电路，离开无功功率是根本无法工作的。一般用户都认为灯具之类的设备只需要有功功率，而不需要无功功率。既然无功功率不做功，要它何用!于是他们当然就认为功率因子为1的灯具 好。因为它能给出 大输出功率。然而，实际情况并非如此。

假如有一灯具，当交流市电输入后进行整流，就得到脉动直流电压，若不将脉动电压进行任何加工，就直接提供给灯具，毫无疑问，电路根本无法正常工作。虽然这时灯具的功率因子接近于1，可这又有何用呢。为了让灯具电路能正常工作，必须向其提供平滑了的直流电压。这个“平滑”工作必须由接在灯具整流器后面的滤波电容器来完成。这个滤波器就像一个水库，电容器里面必须储存足够数量的电荷，在整流半波之间的空白时，使电路上的工作电压仍不间断，能保持正常电平。换句话说，即使在两个脉动半波之间无输入电能时，Uc的电压电平也无显著的变化，这个功能是靠电容器内的储能来实现的，储存在电容器内的这部分能量就是无功功率。所以说，灯具是靠无功功率的支持，才能 电路正确运用有功功率实现正常使用的。因此可以说，灯具不但需要有功功率，也需要无功功率，两者缺一不可。

家电

常见家电功率因数

有人测试了各种家用电器的功耗和功率因数，其结果如下：

序号 名称 设备容量(W) 功率因数 无功功率(var) 视在功率(VA)

1   照明     200        0.90     96.86        222.22

2   空调     3000       0.80     2250.00      3750.00

3   电冰箱   150        0.60     200.00       250.00

4   微波炉   1000       0.90     484.32       1111.11

5   电热水器 2000       1.00     0.00         2000.00

6   电饭煲   1000       1.00     0.00         1000.00

7   计算机   300        0.80     225.00       375.00

8   打印机   250        0.80     187.50       312.50

9   电视机   200        0.80     150.00       250.00

10  洗衣机   200        0.60     266.67       333.33

11  抽油烟机 50         0.80     37.50        62.50

12  音响     300        0.60     400.00       500.00

13  饮水机   600        1.00     0.00         600.00

14  卫生设备 1000       1.00     0.00         1000.00

15  保健设备 600        0.80     450.00       750.00

16  录像机   200        0.90     96.86        222.22

17  DVD\VCD  100        0.90      48.43       111.11

这些数据当然仅供参考而已。

说明

1. 凡是电热电器功率因数都是等于1，因为它们都是电阻负载。

2. 凡是带马达的家用电器(大多数白色家电)都是感性负载。

3. 凡是带变压器的家用电器(电视机、音响)也都是感性负载。

4. 连续工作的电冰箱是一个耗电很大、功率因数很低的感性负载。

5. 其中的照明灯具因为主要是白炽灯，所以功率因数才会接近1。

谐波电流

谐波电流就是将非正弦周期性电流函数按傅立叶级数展开时，其频率为原周期电流频率整数倍的各正弦分量的统称。频率等于原周期电流频率k倍的谐波电流称为k次谐波电流，k大于1的各谐波电流也统称为高次谐波电流。

基本定义

一个周期信号可以通过傅里叶变换分解为直流分量c0和不同频率的正弦信号的线性叠加：

其中，

为m次谐波的表达式，cm表示m次谐波的幅值，其角频率为mω，初始相位为φm，其有效值为cm/√2。

当m=1时，

为基波分量的表达式，其角频率为ω，初始相位为φ1，其方均根值c1/√2称为基波有效值。

ω/2π为基波分量的频率，称为基波频率，基波分量的频率等于交流信号的频率。而m次谐波的频率为基波频率的整数倍（m倍）。

谐波电流是其频率为原周期电流频率整数倍的各正弦分量的统称。

一般来说, 理想的交流电源应是纯正弦波形，但因现实 中的输出阻抗及非线性负载的原因,，导致电源波形失真。 若电压频率是60Hz,，将失真的电压经傅立叶转换分析后，可将其电压组成分解为除了基频(60Hz)外，倍频(120Hz, 180Hz,…..)成份的组合。其倍频的成份就称为谐波：harmonic。整流性负载的大量使用，造成大量的谐波电流，谐波电流产生电压的谐波成份，间接污染了市电。另外一些市售的发电机或UPS本身输出电压就非纯正弦波，甚至有方波的情形，失真情形更严重，所含谐波成份占了很大的比例。

对该问题的介绍基于以下几个方面：基本原理、主要现象和防止谐波故障的建议。 由于功率转换（整流和逆变）而导致配电系统污染的问题早在1960年代初就被许多 意识到了。直到1980年代初，日益增长的设备故障和配电系统异常现象，使得解决这一问题成为迫在眉睫的事情。 ，许多生产过程中没有电力电子装置是不可想象的。以下用电设备在许多工厂都得到了应用：

1）照明控制系统（亮度调节）

2）开关电源（计算机，电视机）

3）电动机调速设备

4）自感饱和铁芯

5）不间断电源

6）整流器

7）电焊设备

8）电弧炉

9）机床（CNC）

10）电子控制机构

11）EDM机械

所有这些非线性用电设备都会产生谐波，它可导致配电系统本身或联接在该系统上的设备故障。 仅考虑导致设备故障的根源就在发生故障现象的用电工厂内可能是错误的。故障也可能是由于相邻工厂产生的谐波影响到公用配电网络而产生的。 在您安装一套功率因数补偿系统之前，如下工作是非常重要的：对配电系统进行测试以确定什么样的系统结构对您是合适的。 可调谐的滤波电路和组合滤波器已经是众所周知的针对谐波问题的解决方案。另外的方法就是使用动态有源滤波器。

相关概念

1）谐波吸收器（调谐的）

由一个扼流线圈和一个电容器串联组成的谐振电路并调谐为对谐波电流具有极小的阻抗。该调谐的谐振电路用于 地清除配电网络中的主要谐波成分。

2）谐波吸收器（非调谐的）

由一个扼流线圈和一个电容器串联组成的谐振电路并调谐为低于 低次谐波的频率以防止谐振。

3）谐波电流

谐波电流是由设备或系统引入的非正弦特性电流。谐波电流叠加在主电源上。

4）谐波

其频率为配电系统工作频率倍数的波形。按其倍数称为 n 次（ 3 、 5 、 7 等）谐波分量。

5）谐波电压

谐波电压是由谐波电流和配电系统上产生的阻抗导致的电压降。

6）阻抗

阻抗是在特定频率下配电系统某一点产生的电阻。阻抗取决于变压器和连在系统上的用电设备，以及所采用导体的截面积和长度。

7）阻抗系数

阻抗系数是 AF （载波）阻抗相对于 50Hz （基波）阻抗的比率。

8）并联谐振频率

网络阻抗达到 大值的频率。在并联谐振电路中，电流分量 I L 和 I C 大于总电流 I 。

9）无功功率

电动机和变压器的磁能部分，以及用于能量交换目的的功率转换器等处需要无功功率 Q 。与有功功率不同，无功功率并不做功。计量无功功率的单位是 Var 或 kvar 。

10）无功功率补偿

供电部门规定一个 小功率因数以避免电能浪费。如果一个工厂的功率因数小于这个 小值，它要为无功功率的部分付费。否则它就应该用电容器提高功率因数，这就必须在用电设备上并联安装电容器。

11）谐振

在配电系统里的设备，与它们存在的电容 ( 电缆，补偿电容器等 ) 和电感 ( 变压器，电抗线圈等 ) 形成共振电路。后者能够被系统谐波激励而成为谐振。配电系统谐波的一个原因是变压器铁芯非线性磁化的特性。在这种情况下主要的谐波是 3 次的；它在全部 导体内与单相分量具有相同的长度，因而在星形点上不能消除。

12）谐振频率

每个电感和电容的连接形成一个具有特定共振频率的谐振电路。一个网络有几个电感和电容就有几个谐振频率。

13）串联谐振谐电路

由电感（电抗器）和电容 ( 电容器 ) 串联的电路。

14）串联谐振频率

网络的阻抗水平达到 小的频率。在串联谐振电路内分路电压 U L 和 U C 大于总电压 U 。

15）分数次谐波

频率不是基波分量倍数的正弦曲线波。

技术原理

MKP 和 MPP 技术之间的区别在于电力电容器在补偿系统中的连接方式。

1）MKP( MKK ， MKF) 电容器

这项技术是在聚丙烯薄膜上直接镀金属。其尺寸小于用 MPP 技术的电容器。因为对生产过程较低的要求，其制造和原料成本比 MPP 技术要相对地低很多。 MKP 是 普遍的电容器技术，并且由于小型化设计和电介质的能力，它具有更多的优点。

2）MPP( MKV) 电容器

MPP 技术是用两面镀金属的纸板作为电极，用聚丙烯薄膜作为介质。这使得它的尺寸大于采用 MKP 技术的电容器。生产是非常高精密的，因为必须采用真空干燥技术从电容器绕组中除去全部残余水分而且空腔内必须填注绝缘油。这项技术的主要优势是它对高温的耐受性能。

3）自愈

两种类型的电容器都是自愈式的。在自愈的过程中电容器储存的能量在故障穿孔点会产生一个小电弧。电弧会蒸发穿孔点临近位置的细小金属，这样恢复介质的充分隔离。电容器的有效面积在自愈过程中不会有任何实际程度的减少。每只电容都装有一个过压分断装置以保护电气或热过载。测试是符合 VDE 560 和 IEC 70 以及 70A 标准的。

发展轨迹

直到大约1978年，制造电力电容器仍然使用包含PCB的介质注入技术。后来人们发现，PCB 是有毒的，这种有毒的气体在燃烧时会释放出来。这些电容器不再被允许使用并且必须处理，它们必须被送到处理特殊废料的焚化装置里或者深埋到 的地方。

包含PCB 的电容器有大约30 W/kvar的功率损耗值。 电容器本身由镀金属纸板做成。

由于这种电容被禁止使用，一种新的电容技术被开发出来。为了满足节能趋势的要求，发展低功耗电容器成为努力的目标。

新的电容器是用干燥工艺或是用充入少量油( 植物油)的技术来生产的，用镀金属塑料薄膜代替镀金属纸板，因此新电容充分显示出了其环保的特性，并且功耗仅为0.3 W/kvar。这表明改进后使功耗降至原来的1/100。 这些电容器是根据常规电网条件而开发的。在能源危机的过程中，人们开始相控技术的研究。相位控制的结果是导致电网的污染和其它故障。

由于前一代电容器存在一个很高的自电感，高频的电流和电压(谐波) 不能被吸收，而新的电容器则会更多地吸收谐波。

因此存在这种可能，即，新、旧电容器工作在相同的母线上时会表现出运行状况和寿命预期的很大差异， 由于上述原因有可能新电容器将在更短的时间内损坏。

我们向市场提供的电力电容器是专门为用于补偿系统中而开发的。电网条件已经发生急剧的变化，选择正确的电容器技术越来越重要。 电容器的使用寿命会受到如下因素的影响而缩短： -谐波负载 -较高的电网电压 -高的环境温度 我们配电系统中的谐波负载在持续增长。在可预知的将来，可能只有组合电抗类型的补偿系统会适合使用。 很多供电公司已经规定只能安装带电抗的补偿系统。其它公司必须遵循他们的规定。 如果一个用户决定继续使用无电抗的补偿系统，他起码应该选用更高额定电压的电容器。这种电容器能够耐受较高的谐波负载，但是不能避免谐振事故。

危害研究

谐波危害

谐波的危害十分严重。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。

“谐波”一词起源于声学。有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已经奠定了良好的基础。傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文。70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。 各国都对谐波问题予以充分和关注。 上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和 学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。

供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1） 称为谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波（Non-harmonics）或分数谐波。谐波实际上是一种 干扰量，使电网受到“污染”。电工技术领域主要研究谐波的发生、传输、测量、危害及抑制，其频率范围一般 为2≤n≤40。

产生原因

在工业和生活用电负载中，感性负载占有很大的比例。异步电动机、变压器、荧光灯等都是典型的阻感负载。异步电动机和变压器所消耗的无功功率在电力系统所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等也消耗一些无功功率。阻感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所决定的。

电力电子装置等非线性装置也要消耗无功功率，特别是各种相控装置。 如相控整流器、相控交流功率调整电路和周波变流器，在工作时基波电流滞后于电网电压，要消耗大量的无功功率。另外，这些装置也会产生大量的谐波电流，谐波源都是要消耗无功功率的。二极管整流电路的基波电流相位和电网电压相位大致相同，所以基本不消耗基波无功功率。但是它也产生大量的谐波电流，因此也产生一定的无功功率。

近30年来，电力电子装置的应用日益广泛，也使得电力电子装置成为 大的谐波源。在各种电力电子装置中，整流装置所占的比例 大。常用的整流电路几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路，其中以三相桥式和单相桥式整流电路为 多。带阻感负载的整流电路所产生的谐波污染和功率因数滞后已为人们所熟悉。直流侧采用电容滤波的二极管整流电路也是严重的谐波污染源。这种电路输入电流的基波分量相位与电源电压相位大体相同，因而基波功率因数接近1。 但其输入电流的谐波分量却很大，给电网造成严重污染，也使得总的功率因数很低。另外，采用相控方式的交流电力调整电路及周波变流器等电力电子装置也会在输入侧产生大量的谐波电流。

（1）发电源质量不高产生谐波

发电机由于三相绕组在制作上很难做到 对称，铁心也很难做到 均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。

（2）输配电系统产生谐波

输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流0.5%。

（3）用电设备产生的谐波：

晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。我们知道，晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30%；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流；如果是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是 大的谐波源。

变频器产生的谐波电流(3张)

变频装置。变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波，这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展，对电网造成的谐波也越来越多。

电弧炉、电石炉。由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡，产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网。其中主要是2 7次的谐波，平均可达基波的8% 20%， 大可达45%。

气体放电类电光源。荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源。分析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。

家用电器。电视机、录像机、计算机、调光灯具、调温炊具等，因具有调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。在洗衣机、电风扇、空调器等有绕组的设备中，因不平衡电流的变化也能使波形改变。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，也是谐波的主要来源之一。

理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，它使用电设备所处的环境恶化，也对周围的用电设备造成影响。电力电子设备广泛应用以前，人们对谐波及其危害就进行过一些研究，并有一定认识，但那时谐波污染还没有引起足够的重视。近三四十年来，各种电力电子装置的迅速发展使得公用电网的谐波污染日趋严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波危害的严重性才引起人们高度的关注。谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以下几个方面。

（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次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。

（2）谐波影响各种电气设备的正常工作。 谐波对电机的影响除引起附加损耗外，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，以至损坏。

（3）谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起严重事故。

（4）谐波会导致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；重者导致住处丢失，使通信系统无法正常工作。

纹波危害

谐波简单地说，就是一定频率的电压或电流作用于非线性负载时,会产生不同于原频率的其它频率的正弦电压或电流的现象。

纹波是指在直流电压或电流中，叠加在直流稳定量上的交流分量。

它们虽然在概念上不是一回事，但它们之间有联系。如电源上附加的纹波在用电器上很容易产生各频率的谐波；电源中各频率谐波的存在无疑导致电源中纹波成分的增加。

除了在电路中我们所需要产生谐波的情况以外，它主要有以下主要危害：

1、使电网中发生谐振而造成过电流或过电压而引发事故；

2、增加附加损耗，降低发电、输电及用电设备的效率和设备利用率；

3、使电气设备（如旋转电机、电容器、变压器等）运行不正常，加速绝缘老化，从而缩短它们的使用寿命；

4、使继电保护、自动装置、计算机系统及许多用电设备运转不正常或不能正常动作或操作；

5、使测量和计量仪器、仪表不能正确指示或计量；

6、干扰通信系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损坏通信设备。

纹波的害处：

1、容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生较多的危害；

2、降低了电源的效率；

3、较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电器；

4、会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作；

5、会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作。

总之，它们在我们不需要的地方出现都是有害的，需要我们避免的。对于如何抑制和去除谐波和纹波的方式方法有很多，但想完全消除，似乎是很难办到的，我们只有将其控制在一个允许的范围之内，不对环境和设备产生影响就算达到了我们的目的。

电力网中非线性负载的逐渐增加是全 共同的趋势，如变频驱动或晶闸管整流直流驱动设备、计算机、重要负载所用的不间断电源(UPS) 、节能荧光灯系统等，这些非线性负载将导致电网污染，电力品质下降，引起供用电设备故障, 甚至引发严重火灾事故等。

电力污染及电力品质恶化主要表现在以下方面：电压波动、浪涌冲击、谐 波、三相不平衡等。

1.电源 污染的危害

电源污染会对用电设备造成严重危害，主要有：

干扰通讯设备、计算机系统等电子设备的正常工作，造成数据丢失或死机。

影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能, 造成噪声干扰和图像紊乱。

引起电气自动装置误动作，甚至发生严重事故。

使电气设备过热，振动和噪声加大，加速绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。

造成灯光亮度的波动（闪变），影响工作效益。

导致供电系统功率损耗增加。

危害种类

电压波动及闪变

电压波动是指多个正弦波的峰值，在一段时间内超过(低于)标准电压值，大约从半周波到几百个周波，即从10MS到2.5秒, 包括过压波动和欠压波动。普通避雷器和过电压保护器，完全不能消除过压波动，因为它们是用来消除瞬态脉冲的。普通避雷器在限压动作时有相当大的电阻值，考虑到其额定热容量（焦尔），这些装置很容易被烧毁，而无法提供以后的保护功能。这种情况往往很容易忽视掉，这是导致计算机、控制系统和敏感设备故障或停机的主要原因。

另一个相反的情况是欠压波动，它是指多个正弦波的峰值，在一段时间内低于标准电压值，或如通常所说：晃动或降落。长时间的低电压情况可能是由供电公司造成或由于用户过负载造成，这种情况可能是事故现象或计划安排。更为严重的是失压，它大多是由于配电网内重负载的分合造成，例如大型电动机、中央空调系统、电弧炉等的启停以及开关电弧、保险丝烧断、断路器跳闸等，这些都是通常导致电压畸变的原因。

大型用电设备的频繁启动导致电压的周期性波动,如电焊机、冲压机、吊机、电梯等,这些设备需要短时冲击功率,主要是无功功率。电压波动导致设备功率不稳，产品质量下降；灯光的闪变引致眼睛疲劳,降低工作效率。

浪涌冲击

浪涌冲击是指系统发生短时过（低）电压,即时间不超过1毫秒的电压瞬时脉冲，这种脉冲可以是正极性或负极性，可以具有连串或振荡性质。它们通常也被叫作：尖峰、缺口、干扰、毛刺或突变。

电网中的浪涌冲击既可由电网内部大型设备（电机、电容器等）的投切或大型晶闸管的开断引起，也可由外部雷电波的侵入造成。浪涌冲击容易引起电子设备部件损坏，引起电气设备绝缘击穿；同时也容易导致计算机等设备数据出错或死机。

谐波

线性负载，例如纯电阻负载，其工作电流的波形与输入电压的正弦波形完全相同，非线性负载，例如斩波直流负载，其工作电流是非正弦波形。传统的线性负载的电流/电压只含有基波(50Hz)，没有或只有极小的谐波成分，而非线性负载会在电力系统中产生可观的谐波。

谐波与电力系统中基波叠加，造成波形的畸变，畸变的程度取决于谐波电流的频率和幅值。非线性负载产生陡峭的脉冲型电流，而不是平滑的正弦波电流，这种脉冲中的谐波电流引起电网电压畸变，形成谐波分量，进而导致与电网相联的其它负载产生更多的谐波电流。

计算机是此类非线性负载之一，象绝大多数办公室电子设备一样，计算机装有一个二极管/电容型的供电电源，这类供电电源仅在交流正弦波电压的峰值处产生电流，因此产生大量的三次谐波电流（150Hz）。其它产生谐波电流的设备主要有：电动机变频调速器，固态加热器，和其他一些产生非正弦波变化电流的设备。

荧光灯照明系统也是一个重要的谐波源，在普通的电磁整流器灯光电路中，三次谐波的典型值约为基波（50Hz）值的13%-20%。而在电子整流器灯光电路中，谐波分量甚至高达80%。

非线性负载所产生的谐波电流会影响电力系统的多个工作环节，包括变压器，中性线，还有电动机，发电机和电容器等。谐波电流会导致变压器，电动机和备用发电机的运行温度(K参数)严重升高。中性线上的过电流（由谐波和不平衡引起）不仅会使导线温度升高，造成绝缘损坏，而且会在三相变压器线圈中产生环流，导致变压器过热。无功补偿电容器会因电网电压谐波畸变而产生过热，谐波将导致严重过流；

另外，电容器还会与电力系统中的电感性元件形成谐振电路，这将导致电容器两端的电压明显升高，引致严重故障。照明装置的启辉电容器对于由高频电流引起的过热也是十分敏感的，启辉电容器的频繁损坏显示了电网中存在谐波的影响。谐波还会引起配电线路的传输效率下降，损耗增大，并干扰电力载波通讯系统的工作，如电能管理系统（EMS）和时钟系统。而且，谐波还会使电力测量表计，有功需量表和电度表的计量误差增大。

三相不平衡

三相不平衡会在中性线上产生过电流(由谐波和不平衡引起)不仅会使导线温度升高，甚至引发严重火灾事故等。

电网中三相间的不平衡电流是普遍存在的，在城市民用电网及农用电网中由于大量单相负荷的存在，三相间的电流不平衡现象尤为严重。对于三相不平衡电流，除了尽量合理地分配负荷之外几乎没有什么行之有效的解决办法。正因为找不到解决问题的有效办法，因此反而不被人们所重视，也很少有人进行研究。

电网中的不平衡电流会增加线路及变压器的铜损，增加变压器的铁损，降低变压器的出力甚至会影响变压器的 运行，会造成三相电压不平衡因而降低供电质量

，甚至会影响电能表的精度而造成计量损失。

理论研究证明：在输出同样功率的情况下，三相电流平衡时变压器及线路的铜损 小，也就是说：三相不平衡现象增加了变压器及线路的铜损。

不平衡电流对系统铜损的影响

设某系统的三相线路及变压器绕组的总电阻为R。如果三相电流平衡，IA=100A，IB=100A，IC=100A，则总铜损=1002R+1002R+1002R=30000R。

如果三相电流不平衡，IA=50A，IB=100A，IC=150A，则总铜损=502R+1002R+1502R=35000R，比平衡状态的铜损增加了17%。

在更为严重的状态下，如果IA=0A，IB=150A，IC=150A，则总铜损=1502R+1502R=45000R，比平衡状态的铜损增加了50%。

在 严重的状态下，如果IA=0A，IB=0A，IC=300A，则总铜损=3002R=90000R，比平衡状态的铜损增加了3倍。

不平衡电流对变压器的影响

现有的10/0.4KV的低压配电变压器多为Yyn0接法三相三柱铁心的变压器。这种类型的变压器，当二次侧负荷不平衡且有零线电流时，零线电流即为零序电流，而在

一次侧由于无中点引出线因此零序电流无法流通，故零序电流不能安匝平衡，对铁心而言，有一个激磁零序电流，它受零序激磁阻抗控制，根据磁路的设计，这一零序

激磁阻抗较大，零序电流使相电压的对称受到影响，中性点会偏移。由计算得知，当零线电流为额定电流的25%时，中性点移位约为额定电压的7%。国家标准GB50052-

95第6.08条规定: “当选用Yyn0结线组别的三相变压器，其由单相不平衡负荷引起的电流不得超过低压绕组额定电流的25%，且其中一相的电流在满载时不得超过额定电

流值。”由于上述规定，限制了Yyn0结线配电变压器接用单相负荷的容量，也影响了变压器设备能力的充分利用。

并且，对三相三柱的磁路而言，零序磁通不能在磁路内成回路，必须在油箱壁及紧固件内形成回路，而油箱壁及紧固件内的磁通会产生较大的涡流损耗，因而使变

压器的铁损增加。当零序电流过大导致零序磁通过大时，由于中性点漂移过大会引起某些相电压过高而导致铁心磁饱和，使铁损急剧增加，加上紧固件过热等因素，可

能会发生任何一相电流均未过载而变压器却因局部过热而损坏的事故。

由于Yyn0结线组的配电变压器与的零序激磁阻抗较大，因此零线电流会造成较大的电压变化，形成比较严重的三相电压不平衡现象，不但影响单相用户，对三相用

户的影响更大 。

三相负荷不平衡的危害

对配电变压器的影响

（1）三相负荷不平衡将增加变压器的损耗：

变压器的损耗包括空载损耗和负荷损耗。正常情况下变压器运行电压基本不变，即空载损耗是一个恒量。而负荷损耗则随变压器运行负荷的变化而变化，且与负荷电流的平方成正比。当三相负荷不平衡运行时，变压器的负荷损耗可看成三只单相变压器的负荷损耗之和。

从数学定理中我们知道：假设a、b、c 3个数都大于或等于零，那么a+b+c≥33√abc 。

当a=b=c时，代数和a+b+c取得 小值：a+b+c=33√abc 。

因此我们可以假设变压器的三相损耗分别为：Qa=Ia2 R、Qb= Ib2 R 、Qc =Ic2 R，式中Ia、Ib、Ic分别为变压器二次负荷相电流，R为变压器的相电阻。则变压器的损耗表达式如下：

Qa+Qb+Qc≥33√〔（Ia2 R）（Ib2 R）（Ic2 R）〕

由此可知，变压器的在负荷不变的情况下，当Ia=Ib=Ic时，即三相负荷达到平衡时，变压器的损耗 小。

则变压器损耗：

当变压器三相平衡运行时，即Ia=Ib=Ic=I时，Qa+Qb+Qc=3I2R；

当变压器运行在 大不平衡时，即Ia=3I，Ib=Ic=0时，Qa=(3I)2R=9I2R=3(3I2R)；

即 大不平衡时的变损是平衡时的3倍。

（2）三相负荷不平衡可能造成烧毁变压器的严重后果：

上述不平衡时重负荷相电流过大（增为3倍），超载过多，可能造成绕组和变压器油的过热。绕组过热，绝缘老化加快；变压器油过热，引起油质劣化，迅速降低变压器的绝缘性能，减少变压器寿命（温度每升高8℃，使用年限将减少一半），甚至烧毁绕组。

（3）三相负荷不平衡运行会造成变压器零序电流过大，局部金属件温升增高：

在三相负荷不平衡运行下的变压器，必然会产生零序电流，而变压器内部零序电流的存在，会在铁芯中产生零序磁通，这些零序磁通就会在变压器的油箱壁或其他金属构件中构成回路。但配电变压器设计时不考虑这些金属构件为导磁部件，则由此引起的磁滞和涡流损耗使这些部件发热，致使变压器局部金属件温度异常升高，严重时将导致变压器运行事故。

3.2 对高压线路的影响

（1）增加高压线路损耗：

低压侧三相负荷平衡时，6～10k V高压侧也平衡，设高压线路每相的电流为I，其功率损耗为： ΔP1 = 3I2R

低压电网三相负荷不平衡将反映到高压侧，在 大不平衡时，高压对应相为1.5I，另外两相都为0.75 I，功率损耗为：

ΔP2 = 2（0.75I）2R+（1.5I）2R = 3.375I2R =1.125（3I2R）；

即高压线路上电能损耗增加12.5%。

（2）增加高压线路跳闸次数、降低开关设备使用寿命：

我们知道高压线路过流故障占相当比例，其原因是电流过大。低压电网三相负荷不平衡可能引起高压某相电流过大，从而引起高压线路过流跳闸停电，引发大面积停电事故，同时变电站的开关设备频繁跳闸将降低使用寿命。

3.3 对配电屏和低压线路的影响

（1）三相负荷不平衡将增加线路损耗：

三相四线制供电线路，把负荷平均分配到三相上，设每相的电流为I，中性线电流为零，其功率损耗为： ΔP1 = 3I2R

在 大不平衡时，即某相为3I，另外两相为零，中性线电流也为3I，功率损耗为：

ΔP2 = 2（3I)2R = 18I2R = 6（3I2R)；

即 大不平衡时的电能损耗是平衡时的6倍，换句话说，若 大不平衡时每月损失1200 kWh，则平衡时只损失200 kWh，由此可知调整三相负荷的降损潜力。

（2）三相负荷不平衡可能造成烧断线路、烧毁开关设备的严重后果：

上述不平衡时重负荷相电流过大（增为3倍），超载过多。由于发热量Q=0.24I2Rt，电流增为3倍，则发热量增为9倍，可能造成该相导线温度直线上升，以致烧断。且由于中性线导线截面一般应是相线截面的50%，但在选择时，有的往往偏小，加上接头质量不好，使导线电阻增大。中性线烧断的几率更高。

同理在配电屏上，造成开关重负荷相烧坏、接触器重负荷相烧坏，因而整机损坏等严重后果。

3.4 对供电企业的影响

供电企业直管到户，低压电网损耗大，将降低供电企业的经济效益，甚至造成供电企业亏损经营。农电工承包台区线损，线损高农电工奖金被扣发，甚至连工资也得不到，必然影响农电工情绪，轻则工作消极，重则为了得到钱违法犯罪。

变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏，一方面增大供电企业的供电成本，另一方面停电检修、购货更换造成长时间停电，少供电量，既降低供电企业的经济效益，又影响供电企业的声誉。

3.5 对用户的影响

三相负荷不平衡，一相或两相畸重，必将增大线路中的电压降，降低电能质量，影响用户的电器使用。

变压器烧毁、线路烧断、开关设备烧坏，影响用户供电，轻则带来不便，重则造成较大的经济损失，如停电造成养殖的动植物死亡，或不能按合同供货被惩罚等。中性线烧断还可能造成用户大量低压电器被烧毁的事故。

污染治理

对于现有供电网络或待建电网中的电力污染情况，要进行仔细分析，通常解决的方法有两个：一是局部重组电网结构，分离或隔离产生电力污染的设备；二是使用电源净化滤波设备进行治理，通常电压谐波是由电流谐波产生的，有效地抑制电流谐波就会使电压畸变达到要求的范围。国内外很多单位已开始重视电源污染的治理, 投资安装电源净化滤波装置, 取得了提高电源品质和节能的双重效果。

谐波抑制

为解决电力电子装置和其他谐波源的谐波污染问题，基本思路有两条：一条是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的；另一条是对电力电子装置本身进行改造，使期不产生谐波，且功率因数可控制为1，这当然只适用于作为主要谐波源的电力电子装置。

谐波抑制主要有以下几种方法：

1）串联电抗器

2）有源滤波补偿

3）无源滤波补偿

4）增加整流设备的相数

5）安装各种突波吸收保护装置,如避雷器等

装设谐波补偿装置的传统方法就是采用LC调谐滤波器。这种方法既可补偿谐波，又可补偿无功功率，而且结构简单，一直被广泛使用。这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响，易和系统发生并联谐振，导致谐波放大，使LC滤波器过载甚至烧毁。此外，它只能补偿固定频率的谐波，补偿效果也不甚理想。

21世纪初期，无源滤波补偿是实际应用 多、效果较好、价格较低的解决方案，它包括三种基本形式：串联滤波、并联滤波和低通滤波（串并混合）。其中串联滤波主要适用于三次谐波的治理；低通滤波主要适用于高次谐波的治理；并联滤波是一种综合装置，它可滤除多次谐波，同时提供系统的无功功率，是应用 广泛的电源净化滤波装置。

随着电力电子技术的发展，有源滤波补偿技术日益成熟，并得到了广泛应用。较传统的无源滤波补偿系统，它具有功能多，适应性好及响应速度快等优点，随着价格的不断下降，应用将日益普遍。有源滤波补偿系统在很多重要场所应用效果非常好。

无功补偿

人们对有功功率的理解非常容易，而要深刻认识无功功率却并不是轻而易举的。在正弦电路中，无功功率的概念是清楚的，而在含有谐波时，至今尚无获得公认的无功功率定义。但是，对无功功率这一概念的重要性，对无功补偿重要性的认识，却是一致的。无功补偿应包含对基波无功功率补偿和对谐波无功功率的补偿。

无功功率对供电系统和负荷的运行都是十分重要的。电力系统网络元件的阻抗主要是电感性的。因此，粗略地说，为了输送有功功率，就要求送电端和受电端的电压有一相位差，这在相当宽的范围内可以实现；而为了输送无功功率，则要求两端电压有一幅值差，这只能在很窄的范围内实现。不仅大多数网络元件消耗无功功率，大多数负载也需要消耗无功功率。网络元件和负载所需要的无功功率必须从网络中某个地方获得。显然，这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法应是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，这就是无功补偿。

无功补偿的作用主要有以下几点：

（1） 提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。

（2） 稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线中合适的地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力。

（3） 在电气化铁道等三相负载不平衡的场合，通过适当的无功裣可以平衡三相的有功及无功负载。

谐波治理

简介

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； 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 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，线电压与相电压之比比1要小得多，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。

谐波成因

电网谐波来自于3个方面：

1.发电源质量不高产生谐波：发电机由于三相绕组在制作上很难做到 对称，铁心也很难做到 均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。

2.是输配电系统产生谐波：输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流0.5%。

3.是用电设备产生的谐波：晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。我们知道，晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的 30%;接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流;如果是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是 大的谐波源。 [1]

谐波来源

电力系统中的谐波来自电气设备，也就是说来自发电设备和用电设备。由于发电机的转子产生的磁场不可能是 的正弦波，因此发电机发出的电压波形不可能是一点不失真的正弦波。目前我国应用的发电机有两大类：隐极机和凸极机。隐极机多用于汽轮发电机，凸极机多用于水轮发电机。

对于谐波分量而言，隐极机优于凸极机，但随着科技进步，可控硅、IGBT等电子励磁装置的投入，使发电机的谐波分量有所上升。当发电机的端电压高于额定电压的10%以上时，由于电机的磁饱和，会使电压的三次谐波明显增加。同样在变压器的电源侧电压超过额定电压10%以上时，也会使二次侧电压的三次谐波明显增加。由于电网电压偏移在±7%以下，所以发电、变电设备产生的谐波分量都比较小，比国家的考核标准低的多，因此发电、变电设备不是影响电网电压波形方面质量的主要矛盾。

为此，影响电网电压波形质量的主要矛盾是非线性用电设备，也就是说非线性用电设备是主要的谐波源，非线性用电设备主要有以下四大类：

· 电弧加热设备：如电弧炉、电焊机等。

· 交流整流的直流用电设备：如电力机车、电解、电镀等。

· 交流整流再逆变用电设备：如变频调速、变频空调等。

· 开关电源设备：如中频炉、彩色电视机、电脑、电子整流器等。

这些用电设备都是非线性用电设备，但它们产生的谐波各不相同，具体举例分析如下：

电弧加热设备是由于电弧在70伏以上才会起弧，才会有弧电流，并且灭弧电压略低于起弧电压，造成弧电流与弧电压的非线性。

此外，弧电流的波形还有一定的非对称性。正是由于弧电流是非正弦波，造成电弧加热设备对电网的谐波污染比较大，而且多为18次以下的低次谐波污染。其实电焊机在上世纪四、五十年代已广泛应用。由于当时电弧加热设备量少，电焊机应用的同时率就更小了，对整个电网的影响比较小，但发现在烧电焊时，局部低压电网的电压和电流变化很大，有较大的谐波影响。

整流器输出畸变波形(2张)

交流整流直流用电设备的谐波产生的原因是由于整流设备有一个阀电压，在小于阀电压时，电流为零。这类用电设备为了提供平稳的直流电源，在整流设备中加入了储能元件（滤波电容和滤波电感），从而使阀电压提高，加激了谐波的产生量。为了控制直流用电设备的电压和电流，在整流设备中应用了可控硅，这使得该类设备的谐波污染更严重，而且谐波的次数比较低。

交流整流再逆变用电设备，在交流变直流过程中产生的谐波与上述的交流整流直流用电设备一样，它在直流逆变成交流时又有逆变波形反射到交流电流，这类设备产生的谐波分量不 低次谐波，也有高次谐波。

虽然这类设备单台容量比上述两类设备容量要小，但它的分布面广，数量多，是推广使用的技术手段，因此它的谐波污染应引起足够关注。

开关电源设备应用很广，它的工作原理是先把交流整流成直流，通过开关管控制变压器初级电流的开通和关闭，从而在变压器二次侧感应出电流，供给用电设备。此外，开关电源的频率比较高一般在40kHz左右，不仅在整流时产生谐波，而且在开关管开闭时，反射40kHz左右的波至电源。这类用电设备同样是单台容量不大，但它是应用面 广、量 大的非线性用电设备，它还有一定量的三次谐波，造成配变的中心线电流居高不下，而且三次谐波还会通过配变污染到10kV电网。

现状浅析

通过对市场的常用用电器的谐波状况的测试，我们了解到目前我国内工业企业的谐波污染十分严重，尤其是早些年为了节能，引入的变频电源和直流用电器的投入，其5次、7次、11次谐波电流的含量分别占基波的20%、11%、6%，这对于小功率的用户而言，还不怎样，但对于大功率的用户来说，危害就很大了，对于中频炉用户，它用常规的无功补偿就无法进行，有的用户用常规的电容器无功补偿，无法投入电容器，有的即便投入了，也对5次谐波电流放大了1.8~3.8倍以上，使得电动机、变压器等用电器的铜损、铁损大大地增加，缩短了设备的使用寿命，多交了电费。

谐波治理

谐波的治理主要采用无源滤波装置和有源滤波器。

1、无源滤波装置主要采用LC回路，并联于系统中，LC回路的设定，只能针对于某一次谐波，即针对于某一个频率为低阻抗，使得该频率流经为其设定的LC回路，达到消除（滤除）某一频率的谐波的目的。LC回路在滤除谐波的同时，在基波对系统进行无功补偿。这种滤波装置简单，成本低，但不能滤除干净。其主要元件为投切开关、电容器、电抗器以及保护和控制回路。

2、有源电力滤波器。这种滤波器是用电力电子元件产生一个大小相等，但方向相反的谐波电流，用以抵销网络中的谐波电流，这种装置的主要元件是大功率电力电子器件，成本高，在其额定功率范围内，原则上能全部滤除干净。