諧波情況下的無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)

引言

隨著變頻器、電力節(jié)電器等非線性負(fù)荷的推廣使用，電力網(wǎng)的諧波含量越來越大。電網(wǎng)諧波對(duì)電力無功補(bǔ)償設(shè)備有著極大的影響，在諧波嚴(yán)重的局部電網(wǎng)，無電抗的電容器無功補(bǔ)償設(shè)備幾乎無法工作。許多企業(yè)采用電容器串接電抗器的無功補(bǔ)償方式來回避諧波，但是由于不清楚電抗值的計(jì)算方法，不僅達(dá)不到理想補(bǔ)償效果，反而造成了諧波放大。一些企業(yè)選用了無源濾波器，但由于沒有對(duì)電網(wǎng)參數(shù)精確測(cè)算，投入運(yùn)行后不能正常運(yùn)行。針對(duì)低壓系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)闹C波治理問題，本文對(duì)補(bǔ)償電容器串接電抗器的設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)的說明，還對(duì)無源濾波器在設(shè)計(jì)中的模糊概念進(jìn)行了澄清，提出了用串接電抗器解決電網(wǎng)諧波下無法使用無源濾波器的問題，并給出了實(shí)用的計(jì)算方法。

1 諧波的主要構(gòu)成成分

諧波產(chǎn)生的原因是多種多樣的，但電網(wǎng)諧波的主要構(gòu)成并不復(fù)雜。電網(wǎng)諧波是指基波的整數(shù)倍的高次波，即2、3、4、5……次諧波。各次諧波中，偶次諧波是由于信號(hào)正負(fù)半周的不對(duì)稱所形成的，而電網(wǎng)中電流正負(fù)半周的不對(duì)稱的情況不常見，因此偶次諧波的含量很小。在三相系統(tǒng)中，3、6、9……等3 的整數(shù)次諧波的相位相同，在三相三線的系統(tǒng)中不能流通，在三相補(bǔ)償電容器中也不能流通。只要不是分相補(bǔ)償就不需要考慮3 的整數(shù)次諧波的影響。

在多數(shù)情況下，諧波是由非線性負(fù)荷產(chǎn)生的，主要是整流濾波，它在電網(wǎng)中產(chǎn)生PN依1 次諧波，P是一周內(nèi)整流形成的直流波頭數(shù)，N 是自然數(shù)，三相整流最低諧波次數(shù)是5 次。

在中頻爐、變頻器等逆變類負(fù)荷中，逆變頻率與電網(wǎng)頻率無關(guān)，會(huì)產(chǎn)生頻率并不是基波的整數(shù)倍諧波，有人稱其為分?jǐn)?shù)次諧波。但這些諧波被整流濾波電路隔離不會(huì)直接反饋到電網(wǎng)中去。

在電弧爐、電解鋁、氯堿廠等大型沖擊性不對(duì)稱負(fù)荷中，雖然諧波的成分非常復(fù)雜且含量很大，但由于其工作的間斷性產(chǎn)生的諧波多為間諧波，特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間短，頻譜雜亂，疊加后形成白噪聲。這類諧波可以通過在諧波負(fù)載前加裝低通濾波器進(jìn)行治理。

電力機(jī)車是人們公認(rèn)的諧波源，但電力機(jī)車主要形成的是陷波和不平衡負(fù)載，通過Y/吟接線的變壓器后3 的倍數(shù)次諧波被隔離，注入電網(wǎng)的諧波成分與逆變類負(fù)荷一樣，所以電網(wǎng)諧波的主要成分是5、7、11、13、17、19……次諧波。

2 諧波對(duì)無功補(bǔ)償?shù)挠绊?/STRONG>

當(dāng)諧波源位于進(jìn)行補(bǔ)償?shù)木植侩娋W(wǎng)中時(shí)稱為內(nèi)網(wǎng)諧波。對(duì)于內(nèi)網(wǎng)諧波，補(bǔ)償電容與系統(tǒng)阻抗（包括主變壓器漏電抗和電網(wǎng)阻抗）之間是并聯(lián)關(guān)系，如果并聯(lián)諧振頻率剛好與諧波源頻率相等就會(huì)發(fā)生并聯(lián)諧振，出現(xiàn)諧波電流放大現(xiàn)象，此時(shí)即使電容器補(bǔ)償容量大于諧波源容量，電容器也可能過負(fù)荷。內(nèi)網(wǎng)諧波源容量通常小于局部網(wǎng)主變壓器容量，應(yīng)該使用并聯(lián)濾波器將其吸收。

當(dāng)諧波是由上一級(jí)電網(wǎng)經(jīng)主變壓器竄入本級(jí)電網(wǎng)時(shí)稱為外網(wǎng)諧波。對(duì)于外網(wǎng)諧波，補(bǔ)償電容與系統(tǒng)阻抗之間是串聯(lián)關(guān)系，如果串聯(lián)諧振頻率剛好與系統(tǒng)中諧波源頻率相等就會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振，出現(xiàn)諧波電壓放大現(xiàn)象，可能造成補(bǔ)償電容器過負(fù)荷。由于系統(tǒng)諧波源往往容量較大，此時(shí)使用并聯(lián)濾波器將其吸收通常是不可能的，所以只能采取串接電抗器濾波的方式阻止過量的諧波進(jìn)入電容器。因此，只有區(qū)分內(nèi)網(wǎng)諧波與外網(wǎng)諧波，才能采用正確的補(bǔ)償濾波方式，這是十分重要的。