低压无源滤波补偿组件

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1、 1 低压无源滤波补偿低压无源滤波补偿 滤波补偿区滤波补偿区 图中0 0 的区域，其特点是系统中存在显著的谐波源而电容器支路串联有足够大的电抗，使得 因而呈感性呈感性。此时电容器支路作为无功补偿无功补偿设备兼兼有有部分滤波滤波功能，故称之为滤波补偿区滤波补偿区。 由式 3 可知，在 为零零或很小很小的情况下，对于各次谐波都是负值，都难免遇到谐波放大放大或谐振谐振问题使得无功补偿无法进行（常见的现象是电容器支路谐波电流过载、电容器早期损坏、熔断器动作、控制器失灵等） 。在电容器支路中串联了足够大的电抗使得再变为正正值值，则电容器支路对谐波呈感性呈感性。系统谐波电流就不再被放大。电容器支路流进了部

2、分谐波电流，分流了注人系统的部分谐波电流。即此时电容器支路不仅能对基波基波进行有效的无功补无功补偿偿，而且还能滤去滤去部分谐波电流谐波电流。 由 可知，为使 3 次及以上谐波在电容器支路呈感性, 所串电抗率必须满足条件： , 即大于 11.1%， 同理，为使 5 次、7 次、11 次及以上谐波在电容器支路呈感性的条件分别为： ，即大于 4%； ，即大于 2.04%； ，即大于 0.826%； 通常在系统谐波不超标的情况下只要求电容器能顺利进行无功补偿就行了， 并不要求电容器支路能滤掉全部谐波。 为此电容器支路电抗率针对 3 次、5 次、7 次、11 次谐波分别选取比串联谐振值 11.1%、4%

3、、2.04%、0.83%和稍大一些的数值，即取 13%、6%、4% 和 1%，可以看出这里对 3 次、5 次、7 次、11 次谐波选取的电抗率电抗率都比申联谐振值大 2%左右。 如果 （ 通常在 20200 之间）则在这几种情况下，值都正好接近 2，也就是电容器支路承担的相应次谐波电流都是 ，即都滤掉滤掉 。 当然如果 更大一些，则值也更大一些，滤除的要少一些，反之对较小的电源系统则滤除的会多一些。在其他条件不变的情况下，电抗率增加，若值上升，电容器支路滤除的谐波电流就减少。同样，谐波次数增高，滤波部分也减少。 例如串 6%的电抗，设 ，则会滤掉 5 次谐波电流的约 33%，7 次谐波电流的约

4、 20%，11 次谐波电流的约 16%，23 次谐波电流的约 14.7%和 49 次谐彼电流的约 14.4%等。 值得指出针对较高次谐波选取的 值， 对于较低次谐波因值可能变为负值而使该次2 谐波放大。 如针对5次谐波电抗率取6%时，对3次谐波 这对3次谐波略有放大 5.1，这对3次谐波略有放大放大。 如系统短路容量较小则可能落入-2,-1/2的区间而造成3次谐波谐振。 在处理实际问题时，应进行必要的验算，以防止谐波谐振。 至于对11次及以上谐波电抗率也取4%，则对5次、7次谐波也有滤波作用，否则取2%就会放大3次、5次谐波。 人但对含有高幅值谐波电流的负载, 上述滤波补偿方式也只能做到不放大

5、、不谐振和滤掉一小部分谐波。 在某些特征谐波超标的情况下, 必须加装针对该次谐波的调谐滤波器以及高通滤波器。 、并联谐振区并联谐振区的分析分析 前面两节已经涉及在-2 到-1/2 区间回路发生谐波电流并联谐振的问题， 谐振的中心位在= =- -1 1 处。在处理谐振问题时，既要注意谐振点位置，也要注意严重放大区谐波次数的上、下边界（此时 Icn，Isn 被放大到 2IN 。 由式（3）推导， 令=1=1 可求出谐振中心点的谐波次数： 令=2=2 可求得下界谐波次数： 令= = - -1/1/2 2 可求得上界谐波次数： 于是对于既定的线路参数，并联谐振区可能发生谐波谐振的谐波次数的范围为： 小

6、 不难看出， 电容器安装点 比值越大或电容器支路电抗率愈大则谐振中心点谐波次数 n0就越低，反之则越高。 3 如 ，则 ； ； ； 在 不变的情况下，增加 值，则n0下降，且 变小，即严重放大区变窄。 实例： 某补偿装置 SD=12MVA，QC=100kVar， ，可求出 ， 即对 11 次谐波谐振，又 ， ，如果串入 6%电抗器则 ，； 即串电抗率为 6%的电抗器后，即避开了 11 次谐波谐振（此时 ） ，且严重放大区谐振次数范围变窄。 同理由式、可知对 3 次、5 次、7 次谐波有： 即谐波电流放大 20%； ， 即谐波电流滤除了 29%； ，即谐波电流滤除了 17%； 即此时电容器支路和

7、系统中 3 次谐波不在谐振区，但被放大 20%，而 5 次、7 次谐波则被电容器支路部分滤除。 、全滤波补偿区全滤波补偿区的分析分析 = 0 = 0 时，电容器支路电容与电抗，对该次谐波串联谐振，其阻抗0，此时电容器除对基波进行无功补偿外， 还吸收了从谐波源流出的该次谐波全部电流 （若不计滤波支路的电阻） 。实际的滤波器参数总有一定的偏差，滤波工作点在偏调谐位置，并可在一个工作区域内变化，譬如要求0.0910.0910.4140.414。现作粗浅探讨如下： 1）、工作区工作区的确定 4 从串联谐振点=0=0 增大时，流人电容器支路的谐波电流减少，而注人系统的谐波电流则增加。我们不妨参照滤波器通

8、频带的规定，取电容器支路谐波电流下降到谐波源电流 IN的 1/2 定做滤波器通频带的上边界。在此边界上电容器支路谐波电流相对单位值 由式（2）可知，与此对应有=0.414=0.414。从 0 开始向负值变化时，电容器支路变为容性，注人系统和流进滤波电容器的谐波电流迅速增大。考虑到电容器支路谐波电流的过负荷能力有限， 不妨规定电容器支路内该次谐波电流增加到 110%作为滤波器的下边界。 此时= =- -0.09090.0909。因此，滤波器的工作区间可确定为0.0910.0910.4140.414。 表列出滤波器工作区各点各参的数值： 2） 、关于滤波调谐工作点滤波调谐工作点 由式（3） 可知，

9、值与 5 个参数参数有关； 如果 XL、XC和频率都很精确，当然取= 0= 0 值做滤波工作点最为理想，此时，值不受 变化影响。 而实际上 XL、XC总会有一定的偏差，电网频率也会在土 1%的范围内变化。电气参数变化导致值出现负值时容易导致系统谐波电流放大。值向正方向变化则没有出现谐振的危险，因此，滤波器起始工作点若计算值宜按若值“ 宁正勿负” 的原则选取，即按工作区中间值，例如=0.253=0.253 选取。此时可允许电气参数有较宽的变化范围。如起始工作点取=0=0, 则当 C、L 下降时，值值会变为负值。 例如对于 5 次谐波滤波器，如 C 和 L 都下降 2%，则 就变为-0.00157

10、，如果 ，则 已超出了下限。如果选择= 0.0413= 0.0413，则当 C 和 L 都下降2%时，变为 0.0639 0.0639 ，仍超不出下边界（见表 1） 对高次谐波调谐的滤波器对低次谐波，则为负值，如回路未并低次调谐滤波器，则在一5 定的条件下可能引起低次谐波谐振，因此，调谐滤波器应对低次谐波进行验算。 而低次谐波滤波器对高次谐波，为正值，不会谐振且有部分滤波作用。因此，为避免投切滤波器时发生谐振，滤波装置各路滤波器的投切次序： 投人时，应先低次后高次； 切除时，应则先高次后低次。 4、谐波电流谐振特性曲线谐波电流谐振特性曲线的各区域各区域的特性特性的小结小结 采用相对单位值表示的

11、谐波电流特性曲线（两组双曲线）可方便、明了、快捷地分析系统和电容器支路谐波电流随网络参数变化的关系。 按该方法分四个区域，对电网无功补偿和滤波问题进行了分析，并指出： 、在电网没有显著的谐波负荷时电容器不串或仅串小的限涌流电抗时， 由于参量是个较大的负数，且0 0，此时电容器支路虽呈容性呈容性，但只引起系统轻度的谐波电流放大，电网无功补偿没有谐波谐振问题。 并称特性曲线上- -2 2 的区域为自然补偿区自然补偿区。 、1 1 的区域为滤波滤波补偿补偿区区 其特点是为适应电网非线性负荷的剧增，在电容器支路串有足够大的电抗器，使得 因而 ，电容器支路呈感性呈感性。电容器除能正常提供无功容量外，兼有

12、部分滤波功能。 、21/2 的区域为谐波电流谐振区谐波电流谐振区。 特别是= =- -1 1 时，恰为并联谐振中心点。 在处理电网补偿和滤波谐波问题时应注意电容器支路和电网参数可能引起的谐波谐振或谐波严重放大的问题。 、若=0=0 电容器支路串串联谐振联谐振，是电容器支路全滤波工作点全滤波工作点。 实际上滤波器按偏调谐整定其工作点允许范围便较宽一些。 例如把0.0910.0910.410.416 6 作为滤波器的工作区，可保证谐波过滤率过滤率70.7%。 5、无功补偿电容器组无功补偿电容器组的并联谐振并联谐振的分析分析 母线带有谐波源接线图 6 、无功补偿并联电容器组无功补偿并联电容器组的谐振

13、分析谐振分析 如上图所示，谐波源和电容器同在变压器低压侧B母线上，在谐波源作用下，电容器组和系统电路可能会发生并联谐振。当条件满足发生并联谐振时，并联谐振次数与哪些因数有关?下面举例进行分析： 系统接线示意图 上图为系统等效电路图，电压源和电抗电路(忽略电阻)； 变压器高压侧母线短路容量为20MVA；变压器容量为2MVA，变比K=1104，短路电压百分比VT=6.5；电容器容量为200kvar，额定电压04kV。 在负载产生的谐波源作用下，系统感抗和电容器组容抗组成并联谐振电路。 根据 发生并联谐振的条件，求出基波条件下的系统感抗和电容器组容抗。 用标幺值(Pu表示)进行计算: 取基准容量为2

14、MVA，基准电压为04kV， 假设母线电压等于电容器额定电压为04kV，那么： 对于系统，短路容量Sd=20MVA=10pu，可求出 。 对于变压器， ，从400V母线看, 可求出短路容量 。 对于电容器组 ，可得 。 根据 可以求出并联谐振次数 下面表2为短路容量(S )为20Mvar和电容器组容量QC为0.1：0.5Mvar时的谐振次数，表3 为QC=500kvar时，不同短路容量Sd为20：80MVA下的谐振次数。 表2 不同电容器组容量下并联谐振次数 7 表3不同母线短路容量下并联谐振次数 从表2、表3可以得出发生并联谐振时，谐振次数与母线短路容量和电容器的关系： 、电容器的容量增加，使谐振次数向低值移动。 、母线短路容量的增加，使谐振次数向高值移动。 根据上面例子分析可得谐振次数和母线短路容量及电容器容量关系： 由上式分析，可以得到上面相同的结论，这里Sd看作电容器母线处短路容量。 并联电容器组投人到母线上会引起母线电压上升，下面从母线电压上升角度来分析谐振次数与电压上升之间的关系。参考图4，一个戴维南等效电路表示的电力系统，一个电容器组准备投人到短路容量为Sd的母线上