功率因數校正技術摘要：消除電網諧波污染，提高功率因數是電力電子領域研究的一個重大且很有實際價值的課題。本文介紹了電網諧波污染問題和諧波抑制的方法；指出了功率因數校正的目的和意義；闡述了功率因數校正技術的發展概況、研充現狀和未來的發展方向。關鍵詞：功率因數校正技術一、 功率因數技術解決的問題防止電網的諧波污染有兩種方法：一是采用無源濾波或有源濾波電路來旁路或補償諧波，是被動的、治標的方法；另一種方法是改造電子設備本身，使其不產生諧波和無功，是主動的、治本的方法，這就是功率因數校正(PFC)。不同時期,人們對功率因數問題的理解有所不同。功率因數問題是用電設備對電網帶來的影響問題。不同性質的問題，其解決思路和方法也有所不同。功率因數校正技術的發展過程就是對這一問題不斷深入的認識和解決過程。在進行功率因數校正之前，必須先弄清楚電網中的諧波源。電網中的諧波源有發電機、變壓器、工業電弧爐、熒光燈、各種電力電子裝置和各種開關電源。在電力電子裝置大量應用之前，主要的諧波源是發電機和變壓器，二者的諧波發生都是電磁轉換中的非線性引起的。對于發電機可在設計的時候采取一些削弱諧波電動勢的措施使之發出的電壓中含有很少的諧波。對于變壓器可以采用合理的鐵心結構和繞組連接方式，使鐵心工作于線性區等手段而減少其諧波。這些措施不屈于功率因數校正范疇。隨著電力電子技術的發展，電力電子裝置大量投入電網，迅速取代發電機和變壓器，成為電網中主要的諧波源。在我國，一項調查顯示：目前的大型企業中,兒乎每家企業都有電網污染的現象。在現代通信設施使用集中的商務樓內，污染更為嚴重。電網污染還會隨流動的電波而傳染，造成大面積隱患，并有可能引發重大事故。二、 諧波和無功功率的危害及補償技術2.1諧波的危害1、 在電網設備中產生附加的諧波損耗，使功率因數降低從而降低電網和設備的效率。2、 諧波電流在輸電線路阻抗上的壓降會使用戶端的電壓波形產生嚴重的畸變,影響電氣設備的正常工作，如使使電容器、電纜等過熱，絕緣老化，壽命縮短，以致損壞。3、 對三相四線制電網，大量的三次諧波在中性線中疊加，發生中線過熱甚至發生火災。4、 引起公用電網中局部的并聯諧振和串聯諧振，使諧波放大，加重了諧波的危害，甚至引起嚴重事故。5、 導致繼電器保護和自動裝置誤動作，并使電氣測量儀表計量不準確，影響計量精度。6、 對鄰近通信系統產生干擾，輕者產生噪聲，降低通信質量，嚴重導致信息丟失，系統紊亂。2.2諧波補償技術為了解決諧波污染問題，基本思想有兩種：一是加裝諧波補償裝置。二是對諧波源進行改造，使之不產生諧波。前面一種就是諧波補償技術，包括LC無源濾波器和有源濾波器兩種。2.3無功功率的影響1、 增加設備容量：無功功率的增大，使總電流增大，以及視在功率的增大，從而使設備的容量、導線規格、相應的控制設備、測量儀表、保護裝置的規格容量也增加。2、 增加設備和線路損耗：由于無功功率導致電流增大，設備和線路的損耗增加，電能的利用效率降低。3、 線路壓降增大：由于線路阻抗的存在，大量的無功電流注入電網會引起電網電壓下降。對沖擊性無功負載還會引起電網電壓劇烈波動，供電質量嚴重下降。4、 功率因數降低，設備容量利用少。2.4無功功率補償由于無功功率會帶來設備投資和運行費用的增加、能耗以及電網供電質量下降，無功功率補償技術引起了人們的重視，這就是最初的功率因數補償技術。無功功率補償的作用有：提高功率因數，降低設備容量，減小導線截面積，節約有色金屬。降低電網線路損耗，節約電能，穩定電網電壓，提高供電質量。無功補償技術主要有:同步調相機，并聯電容器，靜止無功補償裝置。2.5PWM整流技術PWM控制技術是首先在直流斬波電路和逆變電路中發展起來的技術。隨著GTO晶閘管、IGBT等全控型器件的不斷進步，PWM控制技術也逐漸豐富、成熟起來。目前空間矢量控制技術(SVPWM)己在交流變頻調速，不間斷電源中獲得了非常廣泛的應用。把逆變電路中的這種技術應用于整流電路中就形成了PWM整流電路。通過對PWM整流電路的適當控制，可以使網側輸入電流非常接近正弦波，且和網側電壓同相位，功率因數近似為1,這種整流電路就叫做單位功率因數整流器。該控制技術在相同的拓撲結構中適用于逆變電路，所以PWM整流電路還可以運行在有源逆變狀態下，所以確切的說應當為PWM變流電路。電力電子技術、控制技術、微處理器技術的不斷發展促使了PWM整流器不斷向前發展，可以歸納為以下幾個趨勢：1、 多功能化和智能化：傳統電力電子器件只有開關功能，而現代電力電子器件品種增多，功能擴大使用范圍拓寬，不但具有開關功能，有的還具有放大、調制、振蕩以及邏輯運算等功能。2、 高頻化：提高整流器的開關頻率可以顯著降低交流輸入電流的諧波含量，由此降低對電網的諧波影響，同時，提高開關頻率還可以降低電路中無源器件的體積和容量從而提高系統的整體性和可靠性。、電路弱電化，數字化：全控型器件及其高頻化的功能促進了電力電子的弱電化。隨著微型計算機技術的發展，特別是DSP在電力電子系統中的應用日趨增多，使得電力電子從傳統的模擬控制向數模混合控制以及全數字化控制的方向發展。數字化可以使控制系統軟件化，并能實現復雜的控制算法。國內目前的研究特點是集中于控制方法的實驗研究，分析各參數與系統性能之間的關系，并找出改善電流跟蹤性能、提高輸入功率因數的方法，仿真和實驗是主要手段，對于系統建模研究較少。三相高功率因數整流的研究正處于發展中,今后的方向是新的拓撲結構研究和新的控制策略研究。2.6功率因數校正(PFC)技術發展方向1、新拓撲結構的提出，基于己有拓撲的原理，或新原理下的新拓撲結構，比如磁放大器PFC技術等。2、 把DC/DC變換器中的新技術（如軟開關技術和開關電容功率網絡等）應用于PFC電路中。3、 新控制方法以及基于新拓撲的特殊控制方法的研究。一般來說，目前控制技術的研究日趨復雜，廣泛使用的中小功率用電設備難以承受隨之帶來的成本增加。因此，對中小功率電器設備來說，控制簡單的低成本功率因數校正電源是比較受歡迎的，而大功率電器設備則需要采用優良的控制技術構成高性能的功率因數校正電源。4、 單級PFC穩壓開關變換器的穩定性的研究。采用單級結構后，由于PFC和DC/DC變換部分存在不可避免的相互聯系，因此有必要研究這類變換器的穩定性,以便設計出達到期望性能指標的開關電源。5、 三相PFC的數字控制技術。PFC的模擬控制方法簡單、直接，但控制電路的元器件比較多，電路適應性差，容易受噪聲干擾，而且調試比較費力，若系統方案中應用模擬PFC芯片來實現APFC,則其PFC系統不便于與其它控制系統進行協調控制。而數字控制系統具有高度集成化的控制電路、精確