谐波情况下的无功补偿设计

3 外网谐波下无功补偿设计

外网谐波补偿电路串联等值电抗特性曲线如图1所示。外网谐波容量比较大，可以用电压源ESK表示，k表示谐波 次数。忽略系统阻抗中的电阻，可以简单的写出系统基波电抗XS、电容器基波电抗XC和谐波电流IK的关系式

式（1）中， 部分是补偿电容回路对外谐波的串联等值电抗，在图1中表现为曲线1。对于高次谐波，外网谐波的串联等值电抗往往呈现低阻特性，甚至在某个频点上呈现电抗为0，使外网谐波电流大量流入补偿电容造成过载。

依据电网中没有2、3、4 次谐波的特点，工程上采用在补偿电容器上串接电抗器的方法来抑制谐波，此时外网谐波的串联等值电抗变为：在图1中表现为曲线2。

串联电抗后，电容串联电路的谐振频率点降到了5 次谐波以下，由于系统中5 次以下的谐波含量很少，所以不会发生串联谐振。呈现的电气特性是，对于大于谐振频率点的谐波电容串联电路呈现感性，对于低于谐振频率点的基波电容串联电路呈现容性。

人们容易认为只要串接电抗器后电路对系统谐波呈感性就可以起到抑制谐波的作用了，其实不然，如果电路的谐振点选得过高，不仅不能抑制谐波，反而可能放大谐波。从图1 的曲线2 的特征可以看出，尽管串接电抗后在5 次谐波频点上电路特性成为感性，但其电抗的模值却小于串电抗之前曲线1 的模值。也就是说串接电抗后流入电容器的5 次谐波电流更大了。所以在选择电抗器电抗值时应该保证串接电抗后最低次谐波的阻抗模值不降低，实际设计中可以根据系统的电压谐波Esk的大小，计算出可能出现的最大的流入补偿电容器的谐波电流，并计算出主要谐波电流和基波电流的均方根值，用均方根值校验有谐波时电容器的过载情况。各次谐波电流的计算方式为

式中，电源的基波电抗等值电抗Xs，在简便计算中可以用变压器短路电抗代替。

在分组投切的电容器补偿系统中，电抗器要串接在分组电容器上，不能用一组电抗器带多组电容。在电容器的补偿容量可能会变小的场合（例如自愈式电容器），计算要有一定的富裕量，避免谐振点上移造成阻波失效。

也不是说串接电抗越大越好。从图1 可以看到串接电抗后串联回路的基波总阻抗也减小了，而电容器的容抗并没有变，所以当电容器串接了电抗器之后，电容器的工频基波端电压会升高。电压升高后的值接近于串接电抗前工作电压的XC/（XC-XL）倍，电抗选得越大电压升高越多，故在选择电容器的额定电压时必须高过这个电压。除考虑基波电压升高外，还应该考虑谐波电压会叠加在基波电压之上出现的尖峰电压。可用尖峰电压校验电容器短时过电压能力，一般电力电容器都应达到过电压170% 1 min 不击穿的耐压水平，如果所用的产品耐压达不到要求，就需要把电容器额定电压再提高10豫耀20%。