4 外網(wǎng)諧波下無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)
對(duì)于外網(wǎng)諧波其容量比較大可以用電壓源e_sk表示，k表示諧波次數(shù)。忽略系統(tǒng)阻抗中的電阻可以簡(jiǎn)單的寫出系統(tǒng)基波電抗x_s、電容器基波容抗x_c和諧波電流i_k的關(guān)系式
（1）
式（1）中部分是補(bǔ)償電容回路對(duì)外網(wǎng)諧波的串聯(lián)等值電抗，在圖1中表現(xiàn)為曲線1。對(duì)于高次諧波，外網(wǎng)諧波的串聯(lián)等值電抗往往呈現(xiàn)低阻特性，甚至在某個(gè)頻點(diǎn)上呈現(xiàn)電抗為0，使外網(wǎng)諧波電流大量流入補(bǔ)償電容造成過載。
依據(jù)電網(wǎng)中沒有2、3、4次諧波的特點(diǎn)，工程上采用在補(bǔ)償電容器上串接電抗器的方法抑制諧波。此時(shí)外網(wǎng)諧波的串聯(lián)等值電抗變?yōu)?IMG src="/bpq/bpqedit/UploadFile/2009121161041374.jpg" bbbbbb="DrawImage(this,'700','2000')">，在圖1中表現(xiàn)為曲線2。

圖1 外網(wǎng)諧波補(bǔ)償回路串聯(lián)等值電抗

串聯(lián)電抗后，電容串聯(lián)回路的諧振頻率點(diǎn)降到了5次諧波以下，由于系統(tǒng)中5次以下的諧波含量很少，所以不會(huì)發(fā)生串聯(lián)諧振。對(duì)于大于諧振頻率點(diǎn)的諧波電容串聯(lián)回路呈現(xiàn)感性，對(duì)于低于諧振頻率點(diǎn)的基波電容串聯(lián)回路呈現(xiàn)容性。
人們?nèi)菀渍J(rèn)為只要串接電抗器后回路對(duì)系統(tǒng)諧波呈感性就可以起到抑制諧波的作用了，其實(shí)不然，如果回路的諧振點(diǎn)選得過高，不僅不能抑制諧波，反而可能放大諧波。從圖1的曲線2的特征可以看出，盡管串接電抗后在5次諧波頻點(diǎn)上回路特性成為感性，但其電抗的模值卻小于串電抗之前曲線1的模值。也就是說串接電抗后流入電容器的5次諧波電流更大了。所以在選擇電抗器電抗值時(shí)應(yīng)該保證串接電抗后最低次諧波的阻抗模值不降低， 實(shí)際設(shè)計(jì)中可以根據(jù)系統(tǒng)的電壓諧波esk的大小，計(jì)算出可能出現(xiàn)的最大的流入補(bǔ)償電容器的諧波電流，并算出主要諧波電流和基波電流的均方根值，用均方根值校驗(yàn)有諧波時(shí)電容器的過載情況。利用下式可以計(jì)算各次諧波電流
(2)
式（2）中x_s是電源的基波電抗等值電抗，簡(jiǎn)便計(jì)算中可以用變壓器短路電抗代替。
在分組投切的電容器補(bǔ)償系統(tǒng)中電抗器要串接在分組電容器上，不能用一組電抗器帶多組電容。在電容器的補(bǔ)償容量可能會(huì)變小的場(chǎng)合（例如自愈式電容器），計(jì)算要有一定的富裕量，避免諧振點(diǎn)上移造成阻波失效。

也不是說串接電抗越大越好。從圖1可以看到串接電抗后串聯(lián)回路的基波總阻抗也減小了，而電容器的容抗并沒有變，所以當(dāng)電容器串接了電抗器之后，電容器的工頻基波端電壓會(huì)升高。電壓升高后的值接近于串接電抗前工作電壓的x_c/( x_c－x_l)倍。電抗選得越大電壓升高越多。在選擇電容器的額定電壓時(shí)必須高過這個(gè)電壓。除考慮基波電壓升高外，還應(yīng)該考慮諧波電壓會(huì)疊加在基波電壓之上，出現(xiàn)的尖峰電壓。用尖峰電壓校驗(yàn)電容器短時(shí)過電壓能力。一般電力電容器都應(yīng)達(dá)到過電壓170%一分鐘不擊穿的耐壓水平。如果所用的產(chǎn)品耐壓達(dá)不到要求，就需要把電容器額定電壓再提高10%-20%。

5 內(nèi)網(wǎng)諧波下無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)
對(duì)于內(nèi)網(wǎng)諧波是由于企業(yè)自身的非線性負(fù)載造成的，其容量是有限的。在設(shè)計(jì)補(bǔ)償器時(shí)原則上不應(yīng)該采用串接電抗器方式，因?yàn)檫@樣做是把局部電網(wǎng)的諧波推向了上一級(jí)電網(wǎng)。
正確的方式應(yīng)該是采用諧波濾波器把自身產(chǎn)生的諧波吸收掉再進(jìn)行無功補(bǔ)償。圖2是最常用的無源濾波器的接線原理圖。設(shè)計(jì)中各次諧波支路濾波電容的容量必須大于內(nèi)網(wǎng)諧波源的容量。在無功補(bǔ)償容量不超限額的情況下，可以把電容器容量選的一樣的大。因?yàn)殡娙萜鞯膬r(jià)格遠(yuǎn)小于電抗器的價(jià)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(jià)越便宜。在濾波電抗器的設(shè)計(jì)中，電抗器的額定電流只需大于內(nèi)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(shí)的容抗值為x_c7 ，那么7次諧波電抗器在基波時(shí)的電抗值為x_l7 =x_c7 /7²=x_c7×2%。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(duì)本次諧波呈現(xiàn)阻抗最低，對(duì)于基波各支路都呈現(xiàn)容性，所以各支路都在進(jìn)行著無功補(bǔ)償。在計(jì)算補(bǔ)償容量時(shí)，k次濾波支路的無功補(bǔ)償容量是不串接電抗器時(shí)電容器補(bǔ)償容量的倍。如果算下來無功補(bǔ)償容量達(dá)不到總體設(shè)計(jì)要求，那么可以額外增設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備。當(dāng)然也可以加大諧波濾波器各支路的容量，但這樣不利于補(bǔ)償容量的調(diào)整。

圖2 無源諧波濾波器設(shè)計(jì)原理圖

在選擇電容器額定電壓時(shí)，要在系統(tǒng)工頻電壓的基礎(chǔ)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(jì)算。例如5次諧波濾波電容的基波下容抗為x_c5 ，通過的最大5次諧波電流為i₅ ，那么5次諧振附加電壓為u₅= i₅×x_c5/5 。
在實(shí)際系統(tǒng)中往往不僅有內(nèi)網(wǎng)諧波，同時(shí)還有外網(wǎng)諧波。外網(wǎng)諧波源容量大，會(huì)穿過變壓器電抗進(jìn)入濾波器，使濾波器嚴(yán)重過負(fù)載而燒毀。有文章提出，采用調(diào)整濾波器的諧振頻率的方式，使諧振點(diǎn)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(shí)際是一種躲避方式，這種方式不僅會(huì)削弱濾波器對(duì)內(nèi)網(wǎng)諧波的濾波作用，而且很危險(xiǎn)。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(yùn)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(fù)載，甚至燒毀。

圖3 無源濾波器串接電抗方式圖

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。這種方式對(duì)于內(nèi)網(wǎng)諧波，濾波器的諧振點(diǎn)保持與諧波源的諧波頻率一致，不會(huì)影響濾波效果。對(duì)于外網(wǎng)諧波，濾波器始終呈現(xiàn)感性，不會(huì)造成補(bǔ)償、濾波電容器的過負(fù)荷。
在串接電抗器x_l后還是有一定的外網(wǎng)諧波電流進(jìn)入濾波支路，所以設(shè)計(jì)支路濾波電容器時(shí)要有一定的富裕容量。流入濾波支路的外網(wǎng)諧波電流可由下式計(jì)算
(3)
式（3）中k為次諧波次數(shù)，x_s為電源基波電抗，e_sk為外網(wǎng)諧波的幅值。通常e_sk小于系統(tǒng)額定電壓的5%，x_l大約取5次諧波電抗基波值的1～2倍，算下來δi_k不會(huì)超過內(nèi)網(wǎng)最大濾波電流的10%-20%。
電抗值x_l也不能取的過大，因?yàn)榧尤腚娍箷?huì)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
(4)
式（4）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。加入電抗后電壓大約升高1%-2%。

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

作者簡(jiǎn)介
高月民 男 勝利石油管理局生產(chǎn)管理部副主任工程師，主要負(fù)責(zé)電力技術(shù)管理工作，從事電網(wǎng)運(yùn)行及電力管理工作20余年。

參考文獻(xiàn)
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