諧波情況下的無功補償設計

3 外網諧波下無功補償設計

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

式（1）中， 部分是補償電容回路對外諧波的串聯等值電抗，在圖1中表現為曲線1。對于高次諧波，外網諧波的串聯等值電抗往往呈現低阻特性，甚至在某個頻點上呈現電抗為0，使外網諧波電流大量流入補償電容造成過載。

依據電網中沒有2、3、4 次諧波的特點，工程上采用在補償電容器上串接電抗器的方法來抑制諧波，此時外網諧波的串聯等值電抗變為：在圖1中表現為曲線2。

串聯電抗后，電容串聯電路的諧振頻率點降到了5 次諧波以下，由于系統中5 次以下的諧波含量很少，所以不會發生串聯諧振。呈現的電氣特性是，對于大于諧振頻率點的諧波電容串聯電路呈現感性，對于低于諧振頻率點的基波電容串聯電路呈現容性。

人們容易認為只要串接電抗器后電路對系統諧波呈感性就可以起到抑制諧波的作用了，其實不然，如果電路的諧振點選得過高，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應該保證串接電抗后最低次諧波的阻抗模值不降低，實際設計中可以根據系統的電壓諧波Esk的大小，計算出可能出現的最大的流入補償電容器的諧波電流，并計算出主要諧波電流和基波電流的均方根值，用均方根值校驗有諧波時電容器的過載情況。各次諧波電流的計算方式為

式中，電源的基波電抗等值電抗Xs，在簡便計算中可以用變壓器短路電抗代替。

在分組投切的電容器補償系統中，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。在電容器的補償容量可能會變小的場合（例如自愈式電容器），計算要有一定的富裕量，避免諧振點上移造成阻波失效。

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，所以當電容器串接了電抗器之后，電容器的工頻基波端電壓會升高。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必須高過這個電壓。除考慮基波電壓升高外，還應該考慮諧波電壓會疊加在基波電壓之上出現的尖峰電壓。可用尖峰電壓校驗電容器短時過電壓能力，一般電力電容器都應達到過電壓170% 1 min 不擊穿的耐壓水平，如果所用的產品耐壓達不到要求，就需要把電容器額定電壓再提高10豫耀20%。