第三章 无功补偿中的谐波抑制

成都胜业电器设备有限公司

主讲人何蒋无功补偿中的谐波抑制谐波抑制简介什么是谐波对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波，谐波频率与基波频率的比值(n=fn/f1)称为谐波次数，谐波实际上是一种干扰量，使电网受到污染。 在电力系统中，谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。 当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。谐波产生源线性负荷：非线性负荷：VIVI电阻性元件频率相依元件铁磁性设备电弧性设备电子式电力转换器不产生谐波谐波产生源谐波表示法任何周期波形都可以展开成傅立叶级数表示f(t)—一个频率为f0的周期函数，其角频率为ω0=2πf0,周期T=1/f0=2π/ω0傅立叶级数的系数由下式给出:谐波的特性对称性相序性独立性一、对称性奇对称：没有余弦项偶对称：没有正弦项半波对称：没有直流分量和偶次谐波电力系统是由双向对称的元件组成的，这些元件的电压和电流具有半波对称的特性。因此，电力系统中一般不包含偶次谐波。二、相序性正序谐波负序谐波零序谐波ABC正相序谐波(3n+1)4、7、10、13…ABC负相序谐波(3n-1)2、5、8、11…ABC零相序谐波(3n)3、6、9、12…独立性：不同谐波的响应是相互独立的，我们可以将各次谐波分别处理，再相互叠加求出总的谐波响应。谐波的度量方法：一、有谐波分量存在的电压电流有效值。二、第h次谐波含有率。三、总谐波畸变率。有谐波分量存在的电压电流有效值电压有效值：电流有效值：第h次谐波含有率第h次谐波电压含有率第h次谐波电流含有率总谐波电压畸变率总谐波电流畸变率总谐波畸变率：国标谐波电压限值国标谐波电流限值产生谐波的设备：谐波源谐波电流源谐波电压源主要负荷端系统端铁磁性设备

发电机、电动机、变压器等电弧性设备

电弧炉、点焊机等电子式电力转换器

整流器、变频器、UPS等谐波产生源谐波的影响1.造成线路过载、发热、甚至短路。2.造成电网的并联谐振与串联谐振。3.

影响通讯系统的正常工作。4.造成计量仪表显示不准确。5.

导致设备无法正常工作

显示屏跳动谐波含量过高，将会造成数据失真PC计算机振动发热M:电机工作不正常UPS烧毁故障谐振放大谐波电容器停机无法供电G:发电机etc其它集肤效应过载发热电缆噪音温升变压器通讯产生感应电磁场

谐波电流谐波的方向B用户谐波的污染用户

-C

负载用户-A用户

-B

负载抑制谐波的措施在补偿电容器回路串联电抗器。装设由电容、电感及电阻组成的单调谐滤波器和高通滤波器。增加整流相数。当两台以上整流变压器由同一段母线供电时，可将整流变压器一次侧绕组分别交替接成Y型和△型，使5次和7次谐波相抵消。并联电容器引起的谐波问题一、放大谐波，引起电容器过电流。二、引起谐波电流的并联谐振。三、引起谐波电压的串联谐振。Xcn

XsnInIcnIsn一、放大谐波，引起电容器过电流。谐波电流源补偿电容变压器阻抗-造成电容器故障-增大谐波对电网的影响LOAD谐波电流I5,I7,I11…电容器二、引起谐波电流的并联谐振。Xcn

XsnInIcnIsn由上式可看到，当Xsn等于Xcn时，Icn与Isn等于无穷大，此时电容与变压器发生了电流并联谐振。HarmonicI5,I7,I11…..LoadZLC(n)的阻抗为无限大谐波电流流经阻抗无限大的回路时无限大的谐波电压将产生无限大的谐波电压无限大的谐波电压将与电网与电容器间,产生大电流将迅速造成电容器故障无限大的谐波电压XcnHarmonic

XsnLoad

XsnXcn当

Xsn=Xcn

时

Zn的阻抗为0三、引起谐波电压的串联谐振。谐波电压源变压器阻抗补偿电容器VnHarmonicV5,V7,V11…..谐波电压流经阻抗为0的回路时无限大的谐波电流将产生无限大的谐波电流与系统产生串联谐振-造成电容器故障-增大谐波对电网的影响LOADV5,V7,V11…..电容器变压器与系统产生串联谐振如何避免谐波影响?

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如何避免电容器过电流-如何避免与系统产生并联谐振-如何避免与系统产生串联谐振LOAD电容器变压器谐波电流I5,I7,I11…电抗器1.改变设备?2.改变电网?3.改变电容?为了防止补偿回路谐振过电流，我们需要在并联电容器上串联一个适当电抗率为P的电抗，以抑制谐波，保护补偿电容器，那么这个电抗的选择就需要使补偿回路对基波呈容性，对需要抑制的谐波呈感性，这样就能防止谐波引起的谐振。电抗率定义：补偿回路电抗基波感抗与电容基波容抗之比XcUXLI如图所示，LC串联电路的阻抗为其中，，其阻抗值随频率的变化曲线如图所示f(Hz)Z(Ω)XC=XL容性感性f由阻抗随电网频率变化曲线可知，在f这个分界频率之前，LC回路呈容性，在f之后，LC回路呈感性，因此，我们要抑制谐波，补偿基波，就要使基波频率在f之前，谐波频率在f之后。f的计算：所以要抑制三次谐波，就需要满足要抑制五次谐波，就需要满足由此计算电抗率p。电容串联电抗后，电容两端电压会升高，整个回路所提供的无功功率会降低，具体的计算过程如下式中：Uc为电容两端电压

U为电网电压

I为电路总电流

Q为LC回路实际补偿的功率

QN为电容的额定容量

UN为电容的额定电压

效果：-避免电容器过电流

-避免与系统产生并联谐振避免与系统产生串联谐振-保有电容器特性，完成无功补偿同时，串加电抗器还可以抑制电流的快速变化，其抑制投切涌流的作用。

结论:谐波环境下：装设纯电容器作无功补偿★会造成电容器故障★会放大谐波,造成谐波对电网的污染装设电容器、电抗器组作无功补偿◆可保护电容器免于谐波的影响而故障◆可避免谐振现象,降低谐波的污染电容电抗器的选用需注意:

1.电容电抗器的谐振频率2.电容器耐压3.电抗器耐流

方法：以负载产生之最低阶次谐波为依据，避开谐振点例如：３次及以上谐波选用１２％及以上；５次及以上谐波选用５.５％及以上；1.电抗器的电抗率针对典型工矿设备电抗器的设计1）对于六脉整流设备，变频器，直流电弧炉，直流轧机及中频炉等非线性设备通常产生5711次谐波，一般选用5%--7%的电抗器；2）对于单相供电设备，电焊机，交流电弧炉，铁合金炉，电石炉等负荷通常会产生35次谐波，应选用12%--14%的电抗器； 以400V系统串加7%电抗器为例

数值上:

2.电容器额定电压的计算与选择400V

乘以1/（1-0.07）等于430V留一定余量选择480V的电容。在串联电抗后，补偿容量会小于电容器额定补偿容量，因此在抑制谐波的同时要兼顾补偿容量的满足。Eg:在400V系统中需要补偿30KVAR，配7%电抗率电抗和480V的电容，补偿后（400V系统）实际补偿为22.4KVAR；选择电抗器时注意电抗器与电容器的互相匹配1、额定电压的匹配。2、额定容量的匹配。如果电容电抗不匹配，则电抗的电抗率会发生变化。电抗器容量的定义：匹配的电容容量乘以电抗率电抗器厂家在设计时会考虑谐波含量的大小设计足够耐流的电抗器

电抗器耐流不