諧波情況下的無功補償設計

4 內網(wǎng)諧波下無功補償設計

內網(wǎng)諧波是企業(yè)自身的非線性負載造成的，所以其容量有限。在設計補償器時原則上不應該采用串接電抗器方式，因為這樣做是把局部電網(wǎng)的諧波推向了上一級電網(wǎng)。

正確的方式應該是采用諧波濾波器把電網(wǎng)自身產生的諧波吸收掉，再對電路進行無功補償。圖2 是最常用的無源濾波器的接線原理圖。設計中各次諧波支路濾波電容的容量必須大于內網(wǎng)諧波源的容量。在無功補償容量不超限額的情況下，可以把電容器容量選得一樣大。因為電容器的價格遠小于電抗器的價格，電容器容量越大，同樣諧振頻率所需的電抗就越小，總體造價越便宜。在濾波電抗器的設計中，電抗器的額定電流只需大于內網(wǎng)諧波源的諧波電流就可以了。電容的容抗值與電抗器的電抗值按所濾諧波的串聯(lián)諧振條件確定。例如7 次諧波濾波電容器在基波頻率時的容抗值為XC7 ，那么7 次諧波電抗器在基波時的電抗值為XL7=XC7/72=XC7伊2%。圖2 中列出了部分濾波電抗的近似值。諧波濾波器每一條支路只對本次諧波呈現(xiàn)阻抗最低，對于基波各支路都呈現(xiàn)容性，所以各支路都在進行著無功補償。在計算補償容量時，k 次濾波支路的無功補償容量是不串接電抗器時電容器補償容量的[k2/（k2-1）]2 倍。如果計算出來無功補償容量達不到總體設計要求，那么可以額外增設無功補償設備。當然也可以加大諧波濾波器各支路的容量，但這樣不利于補償容量的調整。

在選擇電容器額定電壓時，要在系統(tǒng)工頻電壓的基礎上再加上濾波器諧振附加電壓，諧振附加電壓值按濾波電容流過最大可能的諧波電流計算。例如5 次諧波濾波電容的基波下容抗為XC5，通過的最大5 次諧波電流為I5 ，那么5 次諧振附加電壓為

5 內網(wǎng)諧波與外網(wǎng)諧波無功補償設計

在實際系統(tǒng)中往往不僅有內網(wǎng)諧波，同時還有外網(wǎng)諧波。外網(wǎng)諧波源容量大，會穿過變壓器電抗進入濾波器，使濾波器嚴重過負載而燒毀。有文章提出，采用調整濾波器的諧振頻率的方式，使諧振點改變到諧波不存在的頻率上去，例如4、6、8、10 次諧波頻率。這實際是一種躲避方式，這種方式不僅會削弱濾波器對內網(wǎng)諧波的濾波作用，而且很危險。由于濾波支路諧振頻率與系統(tǒng)諧波頻率非常接近，一旦電網(wǎng)運行方式變化或是電容參數(shù)變化，就有可能與外網(wǎng)諧波發(fā)生諧振，造成濾波器過負載，甚至燒毀。

比較合理的方式是在濾波器與電源之間串接電抗器，如圖3所示。對于內網(wǎng)諧波，這種方式的濾波器的諧振點保持與諧波源的諧波頻率一致，不會影響濾波效果。對于外網(wǎng)諧波，濾波器始終呈現(xiàn)感性，不會造成補償、濾波電容器的過負荷。

在串接電抗器XL后還是有一定的外網(wǎng)諧波電流進入濾波支路，所以設計支路濾波電容器時要有一定的富裕容量。流入濾波支路的外網(wǎng)諧波電流為

式中：

k為次諧波次數(shù)；

XS為電源基波電抗；

Esk為外網(wǎng)諧波的幅值。

通常Esk小于系統(tǒng)額定電壓的5%，XL大約取5 次諧波電抗基波值的1到2 倍，計算下來的駐Ik不會超過內網(wǎng)最大濾波電流的10豫~20%。

電抗值XL也不能取得過大，因為加入電抗會升高濾波器入口基波電壓。如果濾波器有5 次、7次、11 次、13 次以上4 條濾波之路，那么與串接電抗之前相比，串接電抗后電壓大約升高的倍數(shù)為

式中：XCK、XLK分別為k次濾波支路的電容器基波容抗和電抗器基波感抗。加入電抗后電壓升高1%~2%

6 結語

在有諧波的電網(wǎng)中進行無功補償應該采用串接電抗器的補償方式，這不僅能解決簡單電容器補償?shù)倪^流、過壓問題，也可以解決多支路無源濾波器的過載問題。設計中電抗器參數(shù)的計算十分重要，不僅要檢驗電抗器下限值對諧波的阻波作用，還要檢驗電抗器上限值給補償濾波回路造成的電壓升高，按照本文給出的計算公式可以方便地計算出所需要的電抗值。