諧波情況下的無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)

3 外網(wǎng)諧波下無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)

外網(wǎng)諧波補(bǔ)償電路串聯(lián)等值電抗特性曲線如圖1所示。外網(wǎng)諧波容量比較大，可以用電壓源ESK表示，k表示諧波 次數(shù)。忽略系統(tǒng)阻抗中的電阻，可以簡單的寫出系統(tǒng)基波電抗XS、電容器基波電抗XC和諧波電流IK的關(guān)系式

式（1）中， 部分是補(bǔ)償電容回路對(duì)外諧波的串聯(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來抑制諧波，此時(shí)外網(wǎng)諧波的串聯(lián)等值電抗變?yōu)椋?img onload="if(this.width>620)this.width=620;" onclick="window.open(this.src)" style="cursor:pointer" style="BORDER-BOTTOM-STYLE: none; BORDER-RIGHT-STYLE: none; BORDER-TOP-STYLE: none; FLOAT: none; BORDER-LEFT-STYLE: none" src="http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/20140213/233001_2_3.jpg" width=142 height=57>在圖1中表現(xiàn)為曲線2。

串聯(lián)電抗后，電容串聯(lián)電路的諧振頻率點(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。呈現(xiàn)的電氣特性是，對(duì)于大于諧振頻率點(diǎn)的諧波電容串聯(lián)電路呈現(xiàn)感性，對(duì)于低于諧振頻率點(diǎn)的基波電容串聯(lián)電路呈現(xiàn)容性。

人們?nèi)菀渍J(rèn)為只要串接電抗器后電路對(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，如果電路的諧振點(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)上電路特性成為感性，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，并計(jì)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。各次諧波電流的計(jì)算方式為

式中，電源的基波電抗等值電抗Xs，在簡便計(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XC/（XC-XL）倍，電抗選得越大電壓升高越多，故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。可用尖峰電壓校驗(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% 1 min 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豫耀20%。