如何解决电容器无功补偿中的谐波治理问题
在用并联电容器进行无功补偿的供电系统中电网以感抗为主电容器支路以容抗为主。在工频条件下并联电容器的容抗比系统的感抗大得多，可发出无功功率对电网进行无功补偿。但在有谐波治理背景的系统中大量的非线性负荷会产生大量的谐波电流注入电网，对这些谐波频率而言，电网感抗显著增加而补偿系统容抗显著减小导致谐波电流大部分流入电容器支路，若此时电容器的运行电流超过其额定电流的1.3倍，电容器将会因过流而产生故障。
谐波源有两种一种是谐波电流源，这些用电设备中的谐波含量取决于它自身的特性和工作状况基本上与供电系统参数无关。另外一种是谐波电压源。发电机在发出基波电势的同时也会有谐波电势产生，其谐波电势大小主要取决于发电机本身的结构和工作状况。实际上，在电网中运行的发电机和变压器等电力设备，输出的谐波电势分量很小几乎可以忽略。因此，在供电系统中存在并实际发生作用的谐波源，主要是谐波电流源。谐波治理针对无功补偿系统的调谐频率，如果电网中存在该特定频率的谐波电流源则该谐波将直接被放严重时还会发生并联谐振或串联谐振。系统谐振将导致谐波电压和电流明显地高于在无谐振情况下出现的谐波电压和电流。
一、谐波与串联谐振
当上一级电网系统电压波形严重畸变时此时的谐波源相当于一个很大的电压源。谐波电压将在变压器的感抗和电容器的容抗间形成串联回路。当感抗和容抗相等时，将形成串联谐振。此时谐波电压将在串联回路上形成强大的电流直接流经补偿电容器使电容器因过流而迅速故障。
二、谐波与并联谐振
当电网中的谐波主要由非线性用电负荷产生时，此时的谐波源可看作一个很大的电流源，其产生的谐波电流加在系统感抗和电容器的容抗之间，形成并联回路。当电网阻抗和电容器阻抗相等时，将形成并联谐振。此时，即使系统中的N次谐波电流不大，流入电容器的N次谐波电流也将会很大（理论上为无穷大，实际上，由于存在电阻，谐波电流为一很大的有限值），被放大的谐波电流流经电容器时可导致其内部组件过热而出现故障。
无源滤波器是传统的进行无功补偿和谐波治理的方法，具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠、维护方便等优点因此被广泛采用。但是无源滤波器的滤波性能受系统和负载参数的影响较大，易于与系统发生并联谐振，导致谐波放大从而使滤波器过载甚至烧毁，另外它只能消除特定次的谐波，动态性能相对较差，无功补偿效果也不是很理想。为此，急需开发出新的装置来弥补上述缺陷。
由以上分析可见在有谐波治理背景的供电系统中单独使用电容器进行无功补偿时若发生并联谐振或串联谐振大部分谐波电流将流随着电力电子技术的发展，用晶闸管实现的静止无功补偿装置因其优良的性能而被广泛应用。例如，有一种兼有谐波治理功能的动态无功功率补偿装置叫做晶闸管投切电容器TSC这种装置性能良好，被很多场合采用，但线路组成比较复杂，故障点多，维护量相对较大。该装置根据局部电网最低功率因数设置固定电容器，根据谐波的阶次由电抗器串联固定电容器组成LC谐波吸收回路根据电网功率因数变化量来调节相控电抗器的大小实现局部电网无功补偿和谐波治理。相对TSC来说，该装置线路简单，故障率低，运行也较稳定，值得推广。
对于系统中常见的主要的谐波，可接近谐振并呈现很低的阻抗，使谐波电流流入滤波器，从而可同时达到无功补偿和滤除谐波的目的。由于系统中存在的谐波电流通常有多个频率，若采用单调谐滤波器来滤除谐波，则需安装多个滤波器。此时需注意，在投切滤波器时，必须从低次向高次逐次投入，而在切除时则必须从高次向低次依次切除。否则，不仅不能达到抑制谐波电流的作用，反而会将其放大。研究表明，该装置结构简单，易于实现，有实际应用和推广价值。近来又开发出一种新型无功补偿兼谐波治理装置——晶闸管投切滤波器。它兼
有传统TSC和电力滤波器的优点，并且可抑制因负载变动而引起的电网电压波动。在基波频率下，TSF的基波阻抗呈容性，可向系统输出无功功率，并且其大小可通过晶闸管进行调节。串联型有源电力滤波器APF通过一个匹配变压器, 将APF串联于电源和负载之间控制工程网版权所有,以消除电压谐波, 平衡或调整负载的端电压, 适合于补偿电压型谐波源。与并联型APF相比, 它的损耗较大,且各种保护电路也较复杂。因此, 很少研究单独使用的串联型APF, 而大多数将它作为混合型APF的一部分予以研究。
并联型APF主要适用于电流源型非线性负载的谐波电流抵消、无功补偿以及平衡三相系统中的不平衡电流等。目前并联型APF在技术上已较成熟, 是当前应用最广泛的一种APF拓扑结构。
随着电力电子器件性能的提高, 成本不断下降, 它可能被性价比更高的串并联型滤波器代替。SHAPF是在串联型APF的基础上使用一些大容量的无源L一C滤波网络来承担消除低次谐波, 进行无功补偿的任务, 而串联型APF只承担消除高次谐振及阻尼无源LC网络与线路阻抗产生的谐波谐振的任务。从而使串联型APF的电流、电压额定值大大减少(功率容量可减少到负载容量的5%以下),降低了APF的成本和体积。从经济角度而言, 这种结构形式是一种值得推荐的方案。
有源电力滤波器的投入还可有效地抑制电力系统阻抗和无源滤波器之间可能产生的串、并联谐振。由于有源滤波器不是直接对谐波电流进行消除, 而是起到提高无源滤波器滤波效果的目的, 它所产生的补偿电压中不含有基波电网电压, 只含有谐波电压, 故其功率容量很小, 具有良好的经济性, 适于对大容量的谐滤负载进行补偿。APF与PF串联后与电网并联的结构中有源滤波器的输出补偿电压为所有负载谐波电流流过无源滤波器时产生的电压。对于电源电压中的畸变电压, 有源滤波器被控制产生与其相同的谐波补偿电压, 以抑制电源电压畸变产生的谐波电流。
在使用并联有源电力滤波器与并联PE组成的混合有源电力滤波器(图5示)的系统中谐波主要由无源滤波器补偿, 而有源滤波器除了补偿剩余谐波控制工程网版权所有, 也用来改善无源滤波器的补偿特性, 抑制并联谐振。这种结构可以克服单独使用无源滤波器的缺点, 又可减小有源滤波器的容量, 降低了系统成本。但在APF与PE之间以及电网与APF之间存在谐波通道, 可能使APF注入电网的谐波又流入PE及系统中。
串并联型有源电力滤波器兼有串、并联APF的功能, 可以抑制闪变、补偿谐波、消除共同辐合点处的三相电压不平衡, 具有较高的
波功功率补偿术谐波和无功功率补偿技术 基本原理 基本原 1
目录 第1章绪论 1.1电能质量控制技术简介 谐波与无功简介 第2章谐波和无功功率 2.1谐波和谐波分析 无功功率和功率因数 谐波和无功功率的产生 2.4无功功率的影响和谐波的危害
第1章绪论 1.1电能质量控制技术简介 11 1.2谐波与无功简介 12 3/
111.1 电能质量控制技术简介 电能质量问题 1.1.2电能质量问题的典型危害和影响电能质量控制技术分类 1.1.4电力电子技术与电力系统、电能质量 控制的关系 1.1.5用于电能质量控制的新型电力电子装置用能质控制新力子装 4/
111 1.1.1 电能质量问题z 频率的问题z 幅值的问题 –稳态过电压、欠电压及电压波动–闪变（flicker ） –幅值凹陷（sag ，dip ）、凸升（swell ）、短时中断（interruption ） z 波形和对称度的问题 –三相不对称（imbalance ）–谐波（harmonics ）–缺口（notching ） –暂态脉冲（impulsive transient ）、暂态振荡（ oscillatory transient ）5/ p y
112 1.1.2 电能质量问题的典型危害和影响电压频率不稳，不对称，以及稳态过电压、欠电压及电压波动、闪变等的危害。z 谐波 –使产生、传输和利用电能的效率降低； 使电气设备过热振动产生噪音或绝缘老化缩短–使电气设备过热、振动、产生噪音或绝缘老化，缩短其寿命，甚至发生故障、烧毁；–使继电保护和自动装置误动作；–对通信和电子设备产生干扰。z 电压骤降 对精密仪器设备的危害 6/ –对精密仪器设备的危害；–给高产值的连续生产过程造成的损失。
《谐波抑制与无功功率补偿》第二次作业 题目要求： 对于晶闸管可控整流电路，主电路为：1）三相桥式全控整流电路，变压器Yd11 联结(1：3) ；变压器一次侧相电压有效值U1=220V；阻感负载，R=30Ω，L=800mH，α=60°。 试设计LC 滤波器和电容补偿（如果需要的话），对上述负载的谐波和无功进行有效的补偿，使电源电流为与电源电压近似同相的正弦波（网测功率因数>0.96）。 要求： 1. 设计无源滤波器，并计算相应的参数。 2. 如果需要的话，设计计算无功补偿电容器。 3. 对建立的仿真电路进行仿真，给出有关的仿真波形，并对仿真结果进行分析。 4. 对设计步骤给出必要的文字说明。 按照要求，先进行滤波。对5、7、11、13次谐波采用单谐调滤波器，对13次以上谐波采用二阶高通滤波器。 所要确定的参数有：各单调谐滤波器与电阻R，电容C，电感L。 首先求最小补偿电容C min：在不加滤波和无功补偿的情况下，基波与各主要谐波情况如下图所示： 图1 基波与各次谐波电流 从图中可以看出， I f5≈1.411A I f7≈0.937A I f11≈0.626A I f13≈0.508A 根据教材给出的公式，按照最小安装容量求出最小电容器 C min=I f(n) (1)s × n2?1 nn2 将数据带入式（1），可以分别求出最小电容器分别为： C5=4.978μF C7=2.916μF C11=1.576μF
C13=1.126μF 调谐在n次谐波频率的单调谐滤波器电容器和电抗器关系是 n w s L= 1 nw s C (2) 据此可以求出各滤波器对应的电感L L5=81.14mH L7=70.89mH L11=53.1mH L13=49.4mH 取Q=45，分别求出对应的电阻值： R5=2.827Ω R7=3.46Ω R11=4.10Ω R11=5.06Ω对于高通滤波器，定义Q值为 Q=R X0 （2） 接下来，设计能滤掉13次以上谐波的高通滤波器，高通滤波器的特性可以由以下两个参数来描述： f0=1 (3) m= L R2C (4) 式（3）中，f0称为截止频率，高通滤波器的截止频率一般选为略高于所装设的单调谐滤波器的最高特征谐波频率。式（4）中的m是一个与Q直接有关的参数，直接影响着滤波器调谐曲线的形状，一般Q值取为0.7~1.4，相应的m值在2~0.5之间。电容按照无功补偿计算，设高通滤波器同时补偿容量为Q C=400var。 Q C= U2 C1L1 （5） 由式（5）与式（2）可以求出，C≈48μF。带入式（3）（4），取m=0.5可以求出，R≈5Ω，L≈6.25mH。 在滤波完成后，尚有较大无功，功率因数不满足题目要求，故对电路进行无功补偿。剩余的无功为Q≈232var Q=U2 C （6） 解得C≈28μF。 经过滤波与无功补偿，对所得的电路进行谐波分析，如下图所示。
浅谈谐波的含义及为什么必须治理 安科瑞王长幸 江苏安科瑞电器制造有限公司江苏江阴214405 1引言 随着科技发展，电子产品大量应用，电网中谐波大量产生，作为设计人员需要了解谐波的成因及危害，以便更好地防御及治理，提高电能质量。 近年来，电气产品行业出于节能和生产的需要，积极运用新技术，大量地运用了可控变流装置、变频调速装置等非线性负荷设备。其所产生的谐波问题直接影响到了公用电网的电能质量，已引起人们的广泛重视。 2谐波产生的原因及影响 2.1谐波的成因 电网中的谐波主要指频率为工频（基波频率）整数倍成分的谐波及工频非整数成分的间谐波，它们都是造成电网电能质量污染的重要原因。根据大量现场测试的分析结果证实，电力变压器也是电力系统中谐波的一个重要谐波源。电力变压器的激磁电流、铁心饱和及三相电路和磁路的不对称，致使在变压器三角绕组的线电压和线电流中也仍然存在三次谐波分量，尤其在负荷低谷时，随着电网电压的升高，变压器铁心饱和程度加剧，产生的谐波含量也随之增大。随着电网大量电容装置的投运，通过对现场谐波实测发现，谐波并不是只有零序分量可被变压器三角绕组所环路，而是波及全网，并给电容装置及电网的正常运行带来影响和威胁。 在民用建筑中，UPS电源、电子调速装备、节能型灯具及家用电器中的计算机、微波炉等电力电子设备和电器设备应用的大量增加，以及医院等特殊场合的放射X光机、CT机等大型医疗设备等，使各类非线性负荷注入电网的谐波日益增多，造成电网电能质量的污染的影响也越来越大。在这些设备集中使用的地区，如医院、大型商场、居民小区、写字楼、酒店公寓等，谐波污染已相当严重。谐波污染的影响使电能质量明显下降，因此，对电能质量谐波污染的抑制和治理已刻不容缓。 2.2谐波源的分析 2.2.1电力电子设备 电力电子设备主要包括整流器、变频器、开关电源、静态换流器、晶闸管系统及其它SCR控制系统等。由于工业与民用电力设备常用到这类电力电子设备和电路，如整流和变频电路，其负载性质一般分为感性和容性两种，感性负载的单相整流电路为含奇次谐波的电流型谐波源。而容性负载的单相整流电路，由于电容电压会通过整流管向电源反馈，属于电压型谐波源，其谐波含量与电容值的大小有关，电容值越大，谐波含量越大。变频电路谐波源由于采用的是相位控制，其谐波成分不仅含有整数倍数的谐波，还含有非整数倍数的间谐波。 2.2.2可饱和设备 可饱和设备主要包括变压器、电动机、发电机等。可饱和设备是非线性设备，与电力电子设备和电弧设备相比，可饱和设备上的谐波在未饱和的情况下，其谐波的幅值往往可以忽略。 2.2.3电弧炉设备及气体电光源设备 ①电弧炉在熔炼金属过程中的非线性影响将产生大量的谐波 ②气体电光源包括荧光灯、霓虹灯、卤化灯。根据这类气体放电光源的伏安特性。其非线
绪论 电能质量的好坏，直接影响到工业产品的质量，评价电能质量有三方面标准。首先是电压方面，它包含电压的波动、电压的偏移、电压的闪变等；其次是频率波动；最后是电压的波形质量，即三相电压波形的对称性和正弦波的畸变率，也就是谐波所占的比重。我国对电能质量的三方面都有明确的标准和规范。 随着科学技术的发展，随着工业生产水平和人民生活水平的提高，非线性用电设备在电网中大量投运，造成了电网的谐波分量占的比重越来越大。它不仅增加了电网的供电损耗，而且干扰电网的保护装置与自动化装置的正常运行，造成了这些装置的误动与拒动，直接威胁电网的安全运行。举个常见的例子来说，电子节能灯在使用量所占比重较小的电网中运行，的确比常用的白炽灯好，不仅亮度高又省电，而且使用寿命也长。但是相反，在大量投运节能灯后，就会发现节能灯的损坏率大大提高。这是由于节能灯是非线性负荷，它产生较大的谐波污染了这一片电网，造成三相负荷基本平衡情况下，中心线电流居高不下，造成了该片电网供电质量下降，用电设备发热增加，电网线损增加，使得该区的配变发热严重，严重影响其使用寿命。因此我们对非线性用电设备产生的谐波必须进行治理，使谐波分量不超过国家标准。
第一章 基础概念 1.1 电力系统的组成 电力系统是由发电、输电、用电三部分组成。其中过程为发电厂发电经升压变压器升压并网，再由输电网络输送的各个变电站，变电站进行降压后输送给各个用户，用户经过再一次降压后给用电设备供电。主要设备为发电机、升压变压器、输电网络、降压变压器、用电设备及二次保护系等组成。 发电机的电压等级一般为6KV 、10KV ，输电网络为110KV 、220KV 、500KV ，配电网络为10KV 、35KV ，用电设备一般为380V 、220V 。 我国电力系统采用三相50HZ 交流供电。 1.2 功率的概念 在供电系统中，通常总是希望交流电压和交流电流时正弦波形（不含有谐波的情况下），正如电压为： ()ωt U t U sin 2= 式中 U ------电压有效值 ω--------角频率 f πω2= f ---------频率 (50HZ) 正弦电压施加在线性无源负载上如电阻、电容、电感上时，其电流的表达式为： ()()?-= ωt I t I sin 2 I --------电流有效值 φ--------相位角 电压和电流的关系从相位图上看如：（绿色为电压，红色为电流）
10kV高压谐波治理兼无功补偿治理方案 1 系统概述 根据某铜业厂提供的现有配电系统情况可知，工厂现有35KV进线一条，该线非该厂专线。厂内主要负荷为电解铜生产线及大功率电机等用电设备。因电解铜生产线采用的是可控硅整流装置。由于可控硅整流装置的六脉及12脉整流特性，在运行过程中将产生以6N±1和12N±1（N为正整数）为主的谐波电流注入电网，危及到其它用电设备及电网的用电安全。同时因系统功率因数比较低，故用户在10KV母线上安装了一套高压电容补偿柜，但由于电解铜等用电设备在运行时产生了较大的谐波注入系统，而电容补偿柜在投入后又与系统发生并联谐振，对系统谐波进一步放大，造成电容补偿装置在谐波环境下运行因过载而发生较大的异常声音，甚至造成部分电容柜无法正常投入，经常造成高压补偿电容器的熔丝爆炸烧毁。 用户配电系统一次示意图如图1所示。 图1用户配电系统示意图 2系统用电参数分析 根据对厂内变电站10KV I段母线的谐波测试数据分析，可将运行时有功功率、无功功率、功率因数及谐波的变化可归纳为： （1）10KV母线平均功率因数约为0.92左右， （2）母线协议容量10MVA， （3）主要谐波源类型：热电解铜及大功率电机等， （4）10KV线路三相功率数据分析 段10KV I段母线正常运行时负荷基本相等，且负载相对较稳定。有功功率基本都8000kW左右，功率因数相对较低，约0.92左右，无功功率也基本在2800kVar～3300kVar之间变化。 3谐波分析 因负载大部分采用的是六脉波及12脉波整流，产生的主要谐波为：6N±1次及12N±1（N为工频频率倍数）。故10KV段谐波的特征次为5、7、11、13．．．．．．。其中5、7、11次谐波相对较大，故滤波装置应考虑以滤除5、7、11次谐波为主的滤波方式。根据我司于2007/09/21日对配电系统10KV母线 I段的谐波测试数据分析，将设备运行时产生的各次谐波值分析如下： 35kV侧用户协议容10MVA，设备容量90MVA，正常方式下短路容量为689MVA。 为了对滤波装置的滤波效果要求更为严格，故各次谐波电流注入允许值可按最小短路容量为689MVA的标准来考核，见表1。
电力系统谐波抑制及无功补偿方法的研究文献综述报告辽宁工业大学硕士研究生 研究方向: 电力系统谐波抑制 及无功补偿方法的研究 +++ 研究生: 11+++ 学号: +++ 指导教师: 专业: 电气工程 辽宁工业大学研究生学院 文献综述 21 世纪能源与环境问题成为人类发展必须面对的重要问题，如何在保证可持续发展和保持良好环境的前提下为人类提供安全可靠、优质经济的电能，是电力系统面临的主要问题。国家“十一五”规划《纲要》提出推进国民经济和社会信息化，切实走新型工业化道路，坚持节约发展、清洁发展、安全发展，实现可持续发展。纲要明确指出:通过开发推广节能技 [1]术，实现技术节能。为电力工业的建设提出了明确要求。电力系统也是一种“环境”，面临着污染，各种电力电子装置所消耗的无功功率使电网的供电质量恶化，公用电网中的谐波电 [2]流和谐波电压是对电网环境影响最严重的一种污染。一方面是因为电力电子装置自身的非线性使得电网电压、电流发生畸变，产生了严重的谐波污染;另一方面是因为大多数电力电 [3]子装置本身功率因数很低，其无功需求给电网带来额外负担，会严重影响电网供电质量。
无功、谐波给电力系统和用户带来的负面影响主要有增大各类电气设备的额定电压和额定电流，引起额外的功率损耗，导致设备用电效率降低;“谐波影响各种电气设备的正常工作，导致继电保护和自动控制装置的误动作;对通信系统产生干扰，使其无法正常工作;谐波会 [4]引起公用电网中局部的并联和串联谐振”电网的谐波和无功问题日益突出，整个供配电系统的安全运行存在较大的隐患。世界各国电力系统近年来纷纷采用了动态无功补偿装置和谐 [5]波治理装置来提高电网的电能质量。电力电子装置的广泛应用,不但要消耗大量的无功功率,还有产生大量的谐波电流。因此,进一步深入无功补偿和谐波抑制的研究具有非常重要的意 [6]义，对无功补偿和谐波抑制的方法研究是今后一个重大研究课题。 1.国内外无功补偿和谐波抑制的研究 1.1国内外无功补偿的研究 无功功率补偿技术随着电力系统的出现而出现，并随着电力工业的发展和电力负荷的多样性而不断进步。电力系统发展到现在已出现三代无功补偿技术:同步发电机补偿、同步调相机补偿、并联电容器补偿、并联电抗器补偿等属于第一代补偿技术;基于自然关断晶闸管技术的SVC(相控电抗器(TCR)、磁控电抗器(MCR))属于第二代无功补偿技术;基于IGBT、IGCT等大功率可控器件的补偿装置SVG(Static VAR Genarator)属于第三代无功补偿技术。SVG是当前世界上最先进也是最复杂的补偿技术产品，它不再采用大容量的电容器、电抗器，而是通过大功率电力电子器件的高频开关实现无功补偿的变换，在响应速度、稳定电网电压、降低系统损耗、增加传输能力、提高瞬变电压极限、降低谐波和减少占地面积等多方面具有更 [7]加优越的性能。
无功补偿与谐波治理技术
报告人：许强 全国电压电流等级和频率标准化技术委员会 中国电工技术学会电力电子学会 委员 理事
报告日期：2009年4月
一、功率因数为什么会变低？什么是无功功率？
我们知道，通常我们所 用的交流电压是50Hz的正 弦波，在电压的两端接上 负载就会产生电流，如我 们在220伏（或380V）的 电源上接一个电灯，电灯 中流过电流，灯就亮了。 当负载是电阻时，电压波 形的相位与电流波形的相 位完全相同，即电压波形 与电流波形重叠在一起。 这时电网送出的功率也与 消耗的功率相等。
而现实生活中电阻负载使用 的较少，大多数负载都有一定 的电感，如变压器、电动机、 洗衣机、冰箱、空调等都是带 有电感性的负载，这样就使电 压波形的相位与电流波形的相 位不能重叠，电流的波形（红 色）就会比电压波形（蓝色） 迟后△T的时间，△T时间越 大，功率因数越低，消耗的无 功功率也越大。那么电网送出 的功率（视在功率）也与消耗 的功率（有功功率）就不再相 等了，电网送出的功率是如下 表达式： 电网送出的功率（视在功率）＝实际消耗的功率（有功功率）＋无功功率
什么是无功功率：
无功功率决不是无用功率，它是另外一种能量消耗的表达形 式，如电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而 带动机械运动，电动机的旋转磁场就是靠从电源取得无功功 率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一 次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此没有无功功 率的话，电动机不会转动，变压器不会变压等。 因此在正 常情况下，用电设备不但从电网中取得有功功率，同时还需 要从电网中取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应 求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场， 那么这些用电设备就不能维持在额定情况下的工作。能反映 无功功率被使用的指标是用电的功率因数，即COS?。
815V、5吨中频电炉无功补偿和谐波治理的成功案例 2007-4-27 天津市津开电气有限公司总经理盖福健高级工程师孙泽林 关键词：中频电炉、无功功率、无功补偿、谐波、间谐波、谐波治理、变流、变频、谐波电流、谐波电流 放大、博里叶级数 1.绪论： 随着电力电子技术的飞速发展，我国的工矿企业中，电力电子器件的大量应用，可控、全控晶 闸管作为为主要开关元件，电力电子器件的整流设备，变频、逆变等非线性负荷设备的广泛应用，谐波问题亦日益广泛的提出。诸如谐波干扰、谐波放大、无功补偿失效及谐波无功电流对供电系统的影响等。上述电力电子设备是谐波产生的源头。谐波电流的危害是严重的，主要有以下几个方面： ·谐波电流在变压器中，产生附加高频涡流铁损，使变压器过热，降低了变压器的输出容量，使变压器噪声增大，严重影响变压器寿命。 ·谐波电流的趋肤效应使导线等效截面变小，增加线路损耗。 ·谐波电流使供电电压产生畸变，影响电网上其它各种电器设备不能正常工作，导致自动控制装置误动作，仪表计量不准确。 ·谐波电流对临近的通讯设备产生干扰。 ·谐波电流使普通电容补偿设备产生谐波放大，造成电容器及电容器回路过热，寿命缩短，甚至损坏。·谐波电流会引起公用电网中局部产生并联谐振和串连谐振，造成严重事故及不良后果。 2.概述 2.1天津市某铸造公司（简称铸造公司）为生铁铸造企业，工厂主要设备为两台500HZ中频感应电炉以溶化生铁进行铸造，因采用中频电炉，故由于变流及变频等原因造成用电谐波超标，功率因数过低，为此进行设备改造以提高功率因数，治理谐波，节约能源，提高电网质量，降耗增容。 2.2中频电炉运行主要参数 ①电炉为长期间断运行，运行时间每炉出铁冷炉约为2.5小时，热炉约2小时。 ②在正常运行时高压侧工作电流为150～160A。整流变压器二次侧为六相十二脉波输出。 ③现场仪表指示数据 一次测电压10.2KV 二次测电压815V×2 一次测电流157A 二次测电流992A×2 一次测功率因数COS?＝0.6~0.7最低COS?＝0.23最高COS?＝0.79予升温COS?＝0.49 保温COS?＝0.23～0.49 加温COS?＝0.72～0.79 2.3中频炉一次系统图
供配电系统无功补偿及谐波抑制 1 前言 在海洋钻井平台的供电系统中，一般由3~4台主发电机组成独立的小型电站，容量在3000～5000kW之间。钻井机械均为电力拖动，其中绞车、转盘、泥浆泵为SCR调速方式，其用电负荷占电站容量70%以上，因此，能否向钻井机械提供足够的有功功率，关系到钻井的施工工期，尤其是在有一台发电机组出现故障时。 因此，功率因数低的原因是可控硅调速时控制角的后移使电流相位滞后于电压相位偏大而造成的滞后无功功率（即感性无功功率），同时SCR的斩波也产生高次谐波，以5、7、11、13次谐波含量最高，所以，要提高发电机组的有功输出，补偿掉无功功率是关键。 3 无功补偿方案 补偿滞后无功功率的基本方法是无功补偿装置提供相应的超前无功功率(即容性无功功率)，使二者基本相抵消，基本组成环节如图（以A相为例，O为中性点）： （1）无功功率测量装置：对电网的无功功率进行动态测量，检测频率与电网频率一致，测量结果一路经A/D转换送入单片机，一路送给显示仪表，监视无功功率的变化。 （2）单片机运算控制中心：接收来自检测装置信号，建立系统补偿的数学模型，计算出实时补偿量，控制触发电路的移相，使投入的容性功率与指令相适应。 （3）执行环节：钻井平台的电站容量是有限的，补偿无功功率必须实时、适量，且连续可调，故将补偿电容分为若干组，每组为3×30kvar，与电网星型连接，通过双向可控硅投入电网，双向可控硅的优点是快速、无触点、连续调节，可避免较大的欠补偿和过补偿。 （4）谐波抑制与限流电抗：由于井深及井下地质情况的变化，钻井机械的速度和负荷变化频繁，从开钻到完钻期间，变化幅度往往
…..公司 低压动态无功补偿及谐波治理方案 北京XXXXXXX有限公司 2014年8月15日
目录 一、绪论 (3) 二、概述 (3) 三、采用标准 (4) 四、动态无功补偿滤波技术方案设计 (5) 4.1、设备总体概述 (5) 4.2、无功补偿消谐装置整体描述 (6) 4.3、系统设计 (7) 补偿系统补偿效果仿真图： (11) 4.4功能描述 (13) 4.5 控制策略 (14) 4.6后台数据管理系统及控制特性 (14) 4.7系统组成 (15) 五、供货清单 (15)
一、绪论 随着电力电子技术的飞速发展，我国的工矿企业中，电力电子器件的大量应用，可控、全控晶闸管作为为主要开关元件，电力电子器件的整流设备，变频、逆变等非线性负荷设备的广泛应用，谐波问题亦日益广泛的提出。诸如谐波干扰、谐波放大、无功补偿失效及谐波无功电流对供电系统的影响等。上述电力电子设备是谐波产生的源头。谐波电流的危害是严重的，主要有以下几个方面： ?谐波电流在变压器中，产生附加高频涡流铁损，使变压器过热，降低了变压器的输出容量，使变压器噪声增大，严重影响变压器寿命。 ?谐波电流的趋肤效应使导线等效截面变小，增加线路损耗。 ?谐波电流使供电电压产生畸变，影响电网上其它各种电器设备不能正常工作，导致自动控制装置误动作，仪表计量不准确。 ?谐波电流对临近的通讯设备产生干扰。 ?谐波电流使普通电容补偿设备产生谐波放大，造成电容器及电容器回路过热，寿命缩短，甚至损坏。 ?谐波电流会引起公用电网中局部产生并联谐振和串连谐振，造成严重事故及不良后果。 二、概述 根据贵公司提供的相关资料分析、计算和仿真（附件5配合仿真图），结合我公司多年来对轧机进行动态无功功率补偿及谐波抑制技术的经验和对轧机电气系统、生产工艺的透彻掌握，综合提出本方案，确保补偿装置投运后接入点的功率因数在0.92（含0.92）以上，各次谐波含量达到国标要求。
无功功率的影响有那些？ 1、增加设备容量。 2、增加设备及线路损耗。 3、使线路及变压器的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会使电压产生剧烈波动，使供电质量严重降低。 什么是无功补偿？ 电力系统中大量的负荷是电感性的，因此我们将吸收感性无功功率的负荷称为“无功负荷”，而将吸收容性无功功率的设备称为“无功电源”。无功补偿就是吸收或供给适度可变的无功功率，以改善交流电力系统的供电质量。 大多数网络元件消耗无功功率，大多数负载也需要消耗无功功率。网络元件和负载所需要的无功功率必须从网络中某个地方获得。显然，这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法即是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，这就是无功补偿。 常用的无功补偿的方法有几种？ 1、同步补偿机 2、同步电动机 3、同步发电机 4、并联电容器 5、静止无功补偿装置 6、静止无功发生器 无功补偿的作用有那些？ 1、提高供电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。 2、稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。在长距离输电线中合适的地点设置动态无功补偿装置还可以改善输电系统的稳定性，提高输电能力。 3、在电弧炉炼钢、电气化铁道等三相负载不平衡的场合，通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功负载。
什么是同步补偿机？ 同步补偿机又称同期调相机，它实际上是不带机械负荷，空载运行的同步电动机。 什么是同步电动机？ 同步电动机过激运行时，发出无功功率，相当于无功电源；欠激运行时吸收无功功率，相当于无功负荷。通常电网的负荷为感性的，所以一般使同步电动机处于正常励磁或过励磁的情况下运行，以改善电网的功率因数。 什么是同步发电机？ 发电机除发出有功功率，实现机械能转变为电能，作为电力系统的有功电源外，同时又是最基本的无功功率电源。 什么是并联电容器？ 并联电容器广泛应用于改善负荷的功率因数，是电力系统一种重要的无功补偿设备。并联电容器的主要缺点：一是电压调节效应低，二是不能连续调节和吸收滞后（感性）的无功功率。 什么是静止无功补偿装置？ 运用电力电子技术的可调节无功补偿装置。其重要特性是能调节补偿装置的无功功率。 什么是静止无功发生器？ 运用电力电子技术的可调节无功发生装置。即可以使其发出无功功率，呈电容性；也可以使其吸收无功功率，呈电感性。采用PWM控制，可使其输入电流接近正弦波。 无功补偿方式有几种？ 1、集中补偿 2、分散就地补偿 3、单机就地补偿 什么是集中补偿？
电网的无功补偿与谐波治理 发表时间：2017-08-25T09:28:11.070Z 来源：《探索科学》2017年1期作者：吴文志 [导读] 处理好无功补偿和谐波管理一系列问题,具有十分重要的含义。 广东光达电气有限公司 528329 摘要:电力体系的无功优化及补偿和谐波管理是前进体系运转电压,减小网损,前进体系安稳水平的有用手法,对电网安稳及电力设备安全运转、工农业安全生产、产品质量、用电单耗和人民生活用电都有直接影响。处理好无功补偿和谐波管理一系列问题,具有十分重要的含义。介绍了影响功率因数的关键因素,并对现在无功补偿和谐波管理进行了必定的讨论和研讨。 关键词:无功优化补偿；功率因数；谐波管理 处理好电网的无功功率因数补偿和谐波滤波一系列问题关于前进电能质量、安全运转、下降损耗、节能及充沛利用电气设备的功率等具有十分重要的含义。国内外有关规程规则，为了下降网损、节省能源、前进变压器的功率和安稳电压，请求电力体系设备适当容量的无功功率补偿设备。 1无功补偿的必要性 跟着电网装机容量的飞速提升，对电网无功功率的需求也与日俱增。无功功率同有功功率一样，是确保电能质量不可分割的一部分，电力体系中应坚持无功功率的平衡，否则将会导致功率因数反常、电压动摇、设备损坏等状况，严峻时会使体系电压溃散、解列，形成大面积停电事端。因而，处理电网的无功功率平衡，加装无功补偿设备，前进网络的功率因数对电网的降损、节省用电、安全可靠运转和确保电能质量有着极为重要的含义。在并联设备中，除了超高压并联电抗器以外，关键用来对电网的容性或理性无功功率进行调理。就电力网而言，无功补偿既能够补高压侧，也能够补低压侧。对通常用户而言，在低压侧补偿将能够下降出资、削减能量损耗、有用前进负载端电压，所以电容器补偿设备通常设备在挨近负载端，以前进无功补偿的经济效益。据统计，无功补偿在合理规划和设备后，能够使电网增容15%-30%，与其他补偿办法相比，低压并联电容器组的办法是一种出资少、见效快、收益高、切实可行、且能较大起伏下降线损和前进电能质量的有用途径。从无功补偿的内容来看，又可分为两个大类，一类是按照负荷巨细只是主动补偿无功重量；另一类则是除了补偿无功重量以外，还兼有谐波按捺或脱谐功用，这是由于无功补偿与谐波搅扰通常是一起出现的。高频负荷和非线性负载会使电网中的谐波含量剧增，装在电网低压侧的电力电容器极易因变压器感抗及剩下电网的电感发生谐振而发生很高的电流，形成供电回路过载、电容器烧毁和投切开关损坏等事端。所以，在无功补偿的一起，有必要思考谐波管理的办法。 2配电网无功优化补偿的基本原理 由于电网的线损关键是线路损耗与变压器损耗,所以配电网的降损节能,也即是对电网中所有的电力线路和变压器进行优化。无功优化的意图是经过调整无功潮流的分布下降网络的有功功率损耗,并坚持最佳的电压水平。无功优化补偿通常有变电所无功负荷的最优补偿、配电线路最优补偿以及配电变压器低压侧最优补偿。在电力网的运转中,功率因数反映了电源输出的视在功率被有用利用的程度,咱们希望的是功率因数越大越好。这么电路中的无功功率能够降到最小,视在功率将大多数用来供应有功功率,然后前进电能运送的功率。当线路所需无功功率不满足功率因数请求时,可选用有载配电变压器主动调压和合理的无功主动补偿,能确保配电网供电电压质量,改善功率因数,到达无功就地平衡的意图,前进电力体系的供电才干,使配电网体系在经济合理、安稳安全的状态下运转。 3谐波的发生与危害性 电力体系所指的谐波是稳态的工频整数倍数的波形，其频率为基波频率的整数倍。电网暂态改变比方涌流、各种搅扰或毛病导致的过电压、欠电压等均不归于谐波的领域。谐波关键由谐波电流源发生，当正弦基波电压施加于非线性设备上时，设备吸收的电流与施加的电压波形不一样，电流因而发生了畸变，由于负荷与电网相连，故谐波电流注入到电网中，这些设备就成了电力体系的谐波源，如电力电子设备、电弧炉、传统变压器和铁心电抗器等。在电力电子设备许多运用之前，最关键的谐波源是电力变压器的励磁电流，其次是发电机；而在电力电子设备许多运用以后，后者便变成最关键的谐波源。电力电子设备包含变频器、软起动器和整流器等，其间整流设备所占的比重最大，现在常用的整流电路大都选用晶闸管相控整流电路或二极管整流电路。比方直流侧选用电容滤波的二极管整流电路，这种电路输入电流的基波重量的相位与电源电压相位大体一样，因而基波功率因数挨近，但其输入电流的谐波重量却很大，并且整流器在沟通侧和直流侧都要发生高次谐波，给电网形成严峻污染，也使得总的功率因数很低。 4影响功率因数的关键因素及无功补偿的通常办法 4.1影响功率因数的关键因素 许多用电设备均是依据电磁感应原理作业的,如配电变压器、电动机等,它们都是依托建立交变磁场才干进行能量的变换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需求的电功率称为无功功率,因而,所谓的“无功”并不是“无用”的电功率,只不过它的功率并不转化为机械能、热能罢了；因而在供用电体系中除了需求有功电源外,还需求无功电源,两者缺一不可。功率因数的发生关键是由于沟通用电设备在其作业过程中,除耗费有功功率外,还需求无功功率。当有功功率P必守时,如削减无功功率Q,则功率因数便能够前进。在极点状况下,当Q=0时,则其功率因数=1。因而前进功率因数一系列问题的本质即是削减用电设备的无功功率需求量。 4.2无功补偿的通常办法 无功补偿通常选用的办法关键有3种:低压单个补偿、低压会集补偿、高压会集补偿。下面简略介绍这3种补偿办法的适用范围及运用该种补偿办法的优缺点。 4.2.1低压单个补偿低压单个补偿即是依据单个用电设备对无功的需求量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接,它与用电设备共用一套断路器。经过控制、保护设备与电机一起投切。随机补偿适用于补偿单个大容量且接连运转(如大中型异步电动机)的无功耗费,以补励磁无功为主。低压单个补偿的长处是:用电设备运转时,无功补偿投入,用电设备停运时,补偿设备也退出,因而不会形成无功倒送。具有出资少、占位小、设备简略、装备便利灵敏、保护简略、事端率低一级长处。 4.2.2低压会集补偿低压会集补偿是指将低压电容器经过低压开关接在配电变压器低压母线侧,以无功补偿投切设备作为控制保护设备,
电力系统中无功补偿和谐波抑制的研究Ξ 李风彦1,唐伯英1,李赵华2 (1.内蒙古送变电有限责任公司;2.中广核中电风力发电有限责任公司内蒙古分公司) 摘 要:近年来,随着我国工业化进程的不断加快,电力系统负载中,阻感负载占有比例增大,吸收大量的无功,而无功功率又必须保证平衡。同时,随着相控交流功率调整电路和周波变流器等电力电子装置的广泛应用,给电网带来了谐波污染,其交流侧的电流也常常滞后于电压,它们不但要消耗大量的无功功率,还有产生大量的谐波电流。因此,进一步深入无功补偿和谐波抑制的研究具有非常重要的意义。本文对目前的无功补偿和谐波抑制进行了一定的探讨和研究。 关键词:无功补偿;谐波抑制 中图分类号:TM714.3 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2010)20—0082—02 1 影响功率因数的主要因素 许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的,如配电变压器、电动机等,它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率,因此,所谓的“无功”并不是“无用”的电功率,只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已;因此在供用电系统中除了需要有功电源外,还需要无功电源,两者缺一不可。功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中,除消耗有功功率外,还需要无功功率。当有功功率P一定时,如减少无功功率Q,则功率因数便能够提高。在极端情况下,当Q=0时,则其功率因数=1。因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。 1.1 异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备 异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率,它和负载率的大小无关。因而,为了改善电力系统和企业的功率因数,变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。 1.2 供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响 当供电电压高于额定值的10%时,由于磁路饱和的影响,无功功率将增长得很快,据有关资料统计,当供电电压为额定值的110%时,一般工厂的无功将增加35%左右。当供电电压低于额定值时,无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以,应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。 1.3 电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响 以上论述了影响电力系统功率因数的一些主要因素,因此必须要寻求一些行之有效的、能够使低压电力网功率因数提高的一些实用方法,使低压网能够实现无功的就地平衡,达到降损节能的效果。 2 电网无功补偿方法和补偿原理 2.1 TCR型静止型动态无功补偿装置(S V C) S V C接入系统中,电容器提供固定的容性无功Q c,补偿电抗器通过的电流决定了补偿电抗器输出感性无功Q TCR的大小,感性无功和容性无功相抵消,只要能做到系统无功Q n=Q v(系统所需)-Q c +Q TCR=常数(或0),则能实现电网功率因数=常数,电压几乎不波动,关键是准确控制晶闸管的触发角,得到所需的流过补偿电抗器的电流,晶闸管变流装置和控制系统能够实现这个功能,采集母线的无功电流值和电压值,合成无功值,和所设定的恒无功值(可能是0)进行比较,计算得触发角大小,通过晶闸管触发装置使晶闸管流过所需电流。对于不对称负荷,实现分相调节,消除负序电流,平衡三相电网。与其并联的固定电容器,可使TCR既能吸收感性无功功率也能吸收容性无功功率。TCR在工作时,自身也产生大量谐波电流,对电网会造成危害,因此加装了滤波器(FC)将其滤除。 2.2 静止无功发生器(SV G) S V G的基本原理是将桥式变流电路通过电抗器并联(或直接并联)在电网上,适当调节桥式变流电路交流侧输出电压的相位和幅值或者直接控制其交流侧电流,使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流,从而实现动态无功补偿的目的。在单相电路中,与基波无功功率有关的能量是在电源和负载之间来回往返的。但是在平衡的三相电路中,不论负载的功率因数如何,三相瞬时功率之和是 28内蒙古石油化工 2010年第20期 Ξ收稿日期:2010-07-18
如何解决电容器无功补偿中的谐波治理问题 在用并联电容器进行无功补偿的供电系统中电网以感抗为主电容器支路以容抗为主。在工频条件下并联电容器的容抗比系统的感抗大得多，可发出无功功率对电网进行无功补偿。但在有谐波治理背景的系统中大量的非线性负荷会产生大量的谐波电流注入电网，对这些谐波频率而言，电网感抗显著增加而补偿系统容抗显著减小导致谐波电流大部分流入电容器支路，若此时电容器的运行电流超过其额定电流的1.3倍，电容器将会因过流而产生故障。 谐波源有两种一种是谐波电流源，这些用电设备中的谐波含量取决于它自身的特性和工作状况基本上与供电系统参数无关。另外一种是谐波电压源。发电机在发出基波电势的同时也会有谐波电势产生，其谐波电势大小主要取决于发电机本身的结构和工作状况。实际上，在电网中运行的发电机和变压器等电力设备，输出的谐波电势分量很小几乎可以忽略。因此，在供电系统中存在并实际发生作用的谐波源，主要是谐波电流源。谐波治理针对无功补偿系统的调谐频率，如果电网中存在该特定频率的谐波电流源则该谐波将直接被放严重时还会发生并联谐振或串联谐振。系统谐振将导致谐波电压和电流明显地高于在无谐振情况下出现的谐波电压和电流。 一、谐波与串联谐振 当上一级电网系统电压波形严重畸变时此时的谐波源相当于一个很大的电压源。谐波电压将在变压器的感抗和电容器的容抗间形成串联回路。当感抗和容抗相等时，将形成串联谐振。此时谐波电压将在串联回路上形成强大的电流直接流经补偿电容器使电容器因过流而迅速故障。 二、谐波与并联谐振 当电网中的谐波主要由非线性用电负荷产生时，此时的谐波源可看作一个很大的电流源，其产生的谐波电流加在系统感抗和电容器的容抗之间，形成并联回路。当电网阻抗和电容器阻抗相等时，将形成并联谐振。此时，即使系统中的N次谐波电流不大，流入电容器的N次谐波电流也将会很大（理论上为无穷大，实际上，由于存在电阻，谐波电流为一很大的有限值），被放大的谐波电流流经电容器时可导致其内部组件过热而出现故障。 无源滤波器是传统的进行无功补偿和谐波治理的方法，具有投资少、效率高、结构简单、运行可靠、维护方便等优点因此被广泛采用。但是无源滤波器的滤波性能受系统和负载参数的影响较大，易于与系统发生并联谐振，导致谐波放大从而使滤波器过载甚至烧毁，另外它只能消除特定次的谐波，动态性能相对较差，无功补偿效果也不是很理想。为此，急需开发出新的装置来弥补上述缺陷。 由以上分析可见在有谐波治理背景的供电系统中单独使用电容器进行无功补偿时若发生并联谐振或串联谐振大部分谐波电流将流随着电力电子技术的发展，用晶闸管实现的静止无功补偿装置因其优良的性能而被广泛应用。例如，有一种兼有谐波治理功能的动态无功功率补偿装置叫做晶闸管投切电容器TSC这种装置性能良好，被很多场合采用，但线路组成比较复杂，故障点多，维护量相对较大。该装置根据局部电网最低功率因数设置固定电容器，根据谐波的阶次由电抗器串联固定电容器组成LC谐波吸收回路根据电网功率因数变化量来调节相控电抗器的大小实现局部电网无功补偿和谐波治理。相对TSC来说，该装置线路简单，故障率低，运行也较稳定，值得推广。 对于系统中常见的主要的谐波，可接近谐振并呈现很低的阻抗，使谐波电流流入滤波器，从而可同时达到无功补偿和滤除谐波的目的。由于系统中存在的谐波电流通常有多个频率，若采用单调谐滤波器来滤除谐波，则需安装多个滤波器。此时需注意，在投切滤波器时，必须从低次向高次逐次投入，而在切除时则必须从高次向低次依次切除。否则，不仅不能达到抑制谐波电流的作用，反而会将其放大。研究表明，该装置结构简单，易于实现，有实际应用和推广价值。近来又开发出一种新型无功补偿兼谐波治理装置——晶闸管投切滤波器。它兼
一、概述： 1、无功补偿的意义 1、补偿无功功率可以增加电网中有功功率的比例常数 2、减少发供、电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因cosΦ=0.8增加到cos4=0.95时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KV A；反之，增加0.52KV A；对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。 3、降低线损，由公式△P%=(1-cosΦ/cosΦ)X100%得出其中cosΦ为补偿后的功率因数,cosΦ为补偿前的功率因数则cosΦ>cosΦ，所以提高功率因数后，线损率也下降了.减少设计容量，减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益，所以功率因数是考核经济效益的重要指标规划、实施无功补偿势在必行。 2、谐波治理的意义 1、谐波的产生 近年来，电力电子装置应用日益广泛，但它们也是最严重、最突出的谐波源，在各种电力电子装置中，整流装置所占的比例最大。整流电路是一种将交流电能转换为直流电能的变换器。 变频装置是一种前段将交流电能变换为直流能的变换器，它在生产过程中必然会产生较大的谐波，且功率因数达不到0.9的要求。变频装置是三相桥式，整流后是6脉动的，根据谐波理论分析，它产生的特征谐波为5、7、11、13、17、19……次，表达方式为h=6N±1（N=1，2，3，4，…正整数），特征谐波的电流与基波电流关系为：I h=I1/h。变频装置在额定运行时，产生的5次谐波对基波含有率通常低于15%，7次低于8%，11次低于5%，13次低于2%。在负荷较小时，虽然谐波含有率较高，
变频器及其谐波治理和无功补偿 2004-9-9 王守军 这篇文章被阅读了< 6 >次 摘要：本文通过变频器的原理分析，阐述了变频器产生谐波的机理及其治理措施和无功补偿。 1 变频器的工作原理 变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。常用三相交流异步电动机的结构为图1所示。定子由铁心及绕组构成，转子绕组做成笼型(见图2)，俗称鼠笼型电动机。当在定子绕组上接入三相交流电时，在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场，它与转子绕组产生相对运动，使转子绕组产生感应电势，出现感应电流，此电流与旋传磁场相互作用，产生电磁转矩，使电动机转动起来。电机磁场的转速称为同步转速，用N表示N=60f／P(r／min) (1) 式中：f—三相交流电源频率，一般为50Hz； P—磁极对数。 转子的实际转速n比磁场的同步转速N要慢一点，所以称为异步电机，这个差别用转差率s 表： s=[(n1-n)／n1]×100％(2) 当加上电源转子尚未转动瞬间，n=O，这时s=1；起动后的极端情况n=N，则s=0，即s在0-1之间变化。一般异步电机在额定负载下的s=(1~)％。综合式(1)和式(2)可以得出异步电动机的转速为： n=60f(1-s)／p (3) 由式(3)可以看出，对于成品电机，其磁极对数p已经确定，转差率S变化不太，则电机的转速n与电源频率f成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。 但是，为了保持在调速时电机的最大转矩不变，必须维持电机的磁通量恒定，因此定于的供电电机也要作相应调节。变频器就是在调整频率(Variable Frequency)的同时还要调整电压(Variable Voltage)，故简称VVVF(装置)。通过电工理论分析可知，转矩与磁通量(最大值)成正比，在转子参数值一定时，转矩与电源电压的平方成正比。 变频器的工作原理量把市电(380V、50Hz)通过整流器变成平滑直流，然后利用半导体器件(GTO、GTR或IGBT)组成的三相逆变器，将直流电变成可变电压和可变频率的交流电，由于采用微处理器编程的正弦脉宽调制(SPWM)方法，使输出波形近似正弦波，用于驱动异步电机，实现无级调速。上述的两次变换可简化为AC—DC—AC(交一直一交)变频方式。 利用变频器可以根据电机负载的变化实现自动、平滑的增速或减速，基本保持异步电机固有特性转差率小的特点，具有效率高、调速范围宽、精度高且能无级变速的优点，这对于水泵，风机等设备是很适用的。 2 变频器的分类 2．1 按变换的环节分类 可分为交一交变频器，即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频器：交一直一交变频器，则是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器。 2．2 按直流电源性质分类 (1)电流型变频器 电流型变频器特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的