谐波情况下的无功补偿设计

4 内网谐波下无功补偿设计

内网谐波是企业自身的非线性负载造成的，所以其容量有限。在设计补偿器时原则上不应该采用串接电抗器方式，因为这样做是把局部电网的谐波推向了上一级电网。

正确的方式应该是采用谐波滤波器把电网自身产生的谐波吸收掉，再对电路进行无功补偿。图2 是最常用的无源滤波器的接线原理图。设计中各次谐波支路滤波电容的容量必须大于内网谐波源的容量。在无功补偿容量不超限额的情况下，可以把电容器容量选得一样大。因为电容器的价格远小于电抗器的价格，电容器容量越大，同样谐振频率所需的电抗就越小，总体造价越便宜。在滤波电抗器的设计中，电抗器的额定电流只需大于内网谐波源的谐波电流就可以了。电容的容抗值与电抗器的电抗值按所滤谐波的串联谐振条件确定。例如7 次谐波滤波电容器在基波频率时的容抗值为XC7 ，那么7 次谐波电抗器在基波时的电抗值为XL7=XC7/72=XC7伊2%。图2 中列出了部分滤波电抗的近似值。谐波滤波器每一条支路只对本次谐波呈现阻抗最低，对于基波各支路都呈现容性，所以各支路都在进行着无功补偿。在计算补偿容量时，k 次滤波支路的无功补偿容量是不串接电抗器时电容器补偿容量的[k2/（k2-1）]2 倍。如果计算出来无功补偿容量达不到总体设计要求，那么可以额外增设无功补偿设备。当然也可以加大谐波滤波器各支路的容量，但这样不利于补偿容量的调整。

在选择电容器额定电压时，要在系统工频电压的基础上再加上滤波器谐振附加电压，谐振附加电压值按滤波电容流过最大可能的谐波电流计算。例如5 次谐波滤波电容的基波下容抗为XC5，通过的最大5 次谐波电流为I5 ，那么5 次谐振附加电压为

5 内网谐波与外网谐波无功补偿设计

在实际系统中往往不仅有内网谐波，同时还有外网谐波。外网谐波源容量大，会穿过变压器电抗进入滤波器，使滤波器严重过负载而烧毁。有文章提出，采用调整滤波器的谐振频率的方式，使谐振点改变到谐波不存在的频率上去，例如4、6、8、10 次谐波频率。这实际是一种躲避方式，这种方式不仅会削弱滤波器对内网谐波的滤波作用，而且很危险。由于滤波支路谐振频率与系统谐波频率非常接近，一旦电网运行方式变化或是电容参数变化，就有可能与外网谐波发生谐振，造成滤波器过负载，甚至烧毁。

比较合理的方式是在滤波器与电源之间串接电抗器，如图3所示。对于内网谐波，这种方式的滤波器的谐振点保持与谐波源的谐波频率一致，不会影响滤波效果。对于外网谐波，滤波器始终呈现感性，不会造成补偿、滤波电容器的过负荷。

在串接电抗器XL后还是有一定的外网谐波电流进入滤波支路，所以设计支路滤波电容器时要有一定的富裕容量。流入滤波支路的外网谐波电流为

式中：

k为次谐波次数；

XS为电源基波电抗；

Esk为外网谐波的幅值。

通常Esk小于系统额定电压的5%，XL大约取5 次谐波电抗基波值的1到2 倍，计算下来的驻Ik不会超过内网最大滤波电流的10豫~20%。

电抗值XL也不能取得过大，因为加入电抗会升高滤波器入口基波电压。如果滤波器有5 次、7次、11 次、13 次以上4 条滤波之路，那么与串接电抗之前相比，串接电抗后电压大约升高的倍数为

式中：XCK、XLK分别为k次滤波支路的电容器基波容抗和电抗器基波感抗。加入电抗后电压升高1%~2%

6 结语

在有谐波的电网中进行无功补偿应该采用串接电抗器的补偿方式，这不仅能解决简单电容器补偿的过流、过压问题，也可以解决多支路无源滤波器的过载问题。设计中电抗器参数的计算十分重要，不仅要检验电抗器下限值对谐波的阻波作用，还要检验电抗器上限值给补偿滤波回路造成的电压升高，按照本文给出的计算公式可以方便地计算出所需要的电抗值。