楊澤明，顧秀東，劉永亮
(天津水利電力機電研究所，天津市 301900)
摘要：介紹了一種電力系統無功補償和濾波的綜合解決方案，綜合計算無功補償和系統濾波要求，將tfc和t cr併聯執行，同時解決系統內諧波並補償無功，提高電能質量。
關鍵詞：諧波；無功補償；濾波器
中圖法分類號:t m71413 文獻標識碼:b 文章編號:1003-6954(2005)增-04-01
隨著中國經濟建設和科學技術的發展，電力系統負載網路越來越複雜，系統中存在大量的感性負載、容性負載和單相負載，感性和容性負載產生無功電流，單相負載引起三相電流和電壓的不對稱並產生負序無功電流；自20世紀90年代中後期，各種非線性用電裝置的種類、數量和用電量正在迅猛增加，電網開始遭遇並將迅速面臨發達國家的諧波汙染問題，電網電壓畸變率不斷上公升，產生嚴重的諧波汙染，嚴重危及電力系統和用電裝置的安全。
1 補償濾波裝置的分析
對於無功電流的補償，通常採用負載側分散補償或電源側集中補償，主要是通過在系統中併聯一定容量的電容器或電抗器，提高系統供率因數，使系統總負載近似於阻性負載，用於提高電源效率，降低系統損耗，但該方法在無功負載恆定或負載變化有規律可循時才能取得最佳效果；當負載變化頻繁時，通常採用電容器分組投切的方案，如閘流體控制的電容器(tsc)，或閘流體控制投切角度的電抗器(tcr),tsc 可以有效補償感性無功在產生的感性電流,tcr可以有效補償容性負載產生的容性電流，但tcr的缺點是在補償容性電流的同時產生了諧波電流，加重了系統的諧波汙染。
對諧波電流的治理很多都採用電感和電容組成的無源諧振電路作為一定頻率諧波電流和電壓的通路，從而消除諧波電流的影響，目前在低壓系統中通常使用智慧型補償濾波裝置(tfc)，中高壓系統中使用的是高壓濾波系統(fc)和靜態無功補償濾波裝置(s vc),tfc和fc的原理理念是諧波電流與無功電流同步，同時增長或同時降低，當無功電流與諧波電流不同步時，可能造成過補償引起系統電壓公升高，影響系統用電裝置安全;s vc因併聯了閘流體控制投切角度的電抗器tcr，有效解決了過補償問題，但同樣存在著產生了諧波電流，加重了系統的諧波汙染的問題，同時由於s vc的濾波電路採用的是fc，在計算投切時只能按最大無功電流或最大諧波電流計算，在系統無功和諧波電流降低時無法及時調整，只能用tcr 反補，就造成了執行成本的增加。
對於無功負載和諧波變化頻繁的系統情況，最適合採用有源濾波器(apf)，它由乙個受控電流源、閘流體控制的電容器、閘流體控制的電抗器及控制系統組成，可以根據系統工況及時補償諧波電流和無功電流，抵消非線性負載諧波電流和無功負載無功電流對系統的影響，但就目前來說其缺點是裝置**昂貴，並且採用電流源抵消諧波電流影響，最理想情況是將電流及電壓波形補償成為完全正弦波形，但在執行中元件引數略有偏移，濾波電流源就成為諧波電流源，更加重系統的諧波汙染。
2 綜合補償與濾波方案
該方案依然採用無源技術，根據系統引數要求，分別將補償濾波容量和併聯電抗器按8∶4∶2∶1比例分組，採用閘流體作為大功率開關器件,
根據系統需
要控制投切不同的濾波與補償電路。
2.1 自動補償濾波裝置的組成
該裝置由以下幾部分組成(見圖1):①檢測單
元，檢測電壓電流，計算系統諧波分布、無功功率和負
序電流，實現過載保護及波形紀錄和顯示功能;②計
算單元，根據諧波電流分布和無功電流、負序電流分
別計算需要補償的電容器容量或(下轉第44頁)
4《四川電力技術》2023年增刊1
αsh =i sh /i h
(10)諧波放大倍數由式(9)和式(10)求得,並用比值
q c /s k 表示為:
αch =h 2
(q c /s h )
h 2(q c /s h )+(h 2k -1)/(1-k )
2(11)αch =
(h 2k -1)/(1-k )2
h 2(q c /s h )+(h 2k -1)/(1-k )
2(12)
式中,當k =1時,q c /s k =x s /x ck
當k ≠0時,q c /s k =
1(1-k )2)
x s /x ck
(13)
據統計,配電網諧波引起的故障中,有50%以上都是對電容器的故障,國內電容器裝置因諧波問題引起的電容器熔絲熔斷、損壞等事例時有發生。
成都青白江區是川西地區的乙個重要工業區,區內大型冶金、化工等企業眾多,還存在電鐵牽引、電解槽等其它型別的非線性負荷,這些負荷的容量佔青白江電網總負荷的85%以上。大量諧波源的存在給電力系統造成了嚴重的諧波「汙染」,使諧波電壓(電流)含量率嚴重超標。例如,區內最大的諧波源負荷某特大型鋼鐵企業(容量接近10萬kw ),煉鋼時採用大型電弧爐、軋機數量較多,負荷波動大,衝擊頻繁,大量的諧波電流注入電網,使220kv 青白江站的10kv 併聯補償電容器組多次發生滲漏、鼓肚等故障。
3 抑制諧波放大的方法
配電網用電負荷沿線分流、負荷率低、電壓水平低、功率因數變化頻繁,抑制諧波放大是非常必要的。通常採用的方法是使用帶串聯電抗的無功補償電容組,它能消除由於電路呈容性而帶來的諧振,是抑制諧波電流放大的有效措施之一。所串電抗的引數應根據實際存在的諧波進行選擇,適當的電抗值使電容器迴路在最低次諧波頻率下呈現感性,就可消除諧波放大,為此,串聯電抗器的電抗值應滿足,h min x l -x c /h min >0,即x l =x c /h min 2
。目前,電網併聯電容器配置的電抗器的電抗率主要有以下4種型別:小於0.
5%、4.5%、6%和12%。配置小於0.
5%電抗率的電抗器的主要目的是限制電容器的合閘湧流;當採用基波感抗為容抗的4.5%或6%的串聯電抗器時,可抑制5次以上的諧波電流;當採用基波感抗為容抗的12%的串聯電抗器時,可抑制3次以上的諧波電流。目前配電網大多採用串聯4%～6%電抗器的電容器組。
4 結論
研究電網諧波和補償電容器執行之間的關係,抑制電網諧波和諧波放大尤為重要。選擇適當的電抗器則能較好的解決這個問題,在實際中會有很好的應用前景。
(收稿日期:2005-07-26)
(上接第4頁) 電抗器容量;③閘流體控制單元,根
據計算單元的計算結果,按最大補償電容量投入濾波電容電路,如果過補償,投入電抗器組,保證功率因數在0.95～0.98之間;④濾波電容器組,濾除電網諧波,補償感性無功,調解三相不平衡;⑤電抗器組,補償容性無功,調解三相不平衡
。圖1 濾波裝置的構成
2.2 自動補償濾波裝置的技術指標
①適用交流電源電壓等級:220v 、380v 、660v 、1100v ;②最大補償容量:1000kva (基波無功);③
最大瞬時補償電流:500a ;④額定測量電壓:400v π100v ;⑤額定測量電流:
5a ;⑥諧波測量範圍:1～31次;⑦測量精度:電壓、電流0.
5級;功率:1.5級;
⑧基波無功補償:功率因數可達到0.9～0.
95;⑨諧波濾除率:滿足g b πt14549-93的要求;⑩穩定電壓範圍:滿足g b12326-90的要求,δu ≤+2%; λ動態響應時間:
≤20ms ; λω整機功耗:≤1%裝置容量; λξ結構形式:櫃式結構,分立結構; λψ防護等級:
戶內使用防護等級ip31,戶外使用防護等級ip33; λζ適用環境引數:溫度:-20～+45℃;濕度:
≤90%;海拔高度:≤2000m 。無劇烈震動及衝擊,無導電性、**性塵埃,無腐蝕性塵埃。
(收稿日期:2005-07-11)
44《四川電力技術》2023年增刊1
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