无源滤波器与并联电容器的应用

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1、无源滤波器与并联电容器的应用作者：蒋麦占摘要：IEC标准[1]将无源滤波器和并联电容器的应用搁在一起讨论，因为滤波器无论失谐或调谐也都有补偿功能。本文介绍了滤波器的相对电抗值X%的选择，以及X%和滤波器外部性能的关系，并深入讨论了如何根据不同场合分别选用并联电容器、失谐滤波器或调谐滤波器的问题，也再次讨论了滤波器参数和工程设计的关系，最后讨论了如何协调谐波和无功的补偿功能。关键词：谐振；调谐滤波器；失谐滤波器1谐振谐波与并联电容器在低压电网中并存时，最怕的就是引发串联谐振与并联谐振。1.1串联谐振若谐波来自电源系统，则变压器的电抗和低压并联电容器的电容在一

2、定的参数下配合，就能引发串联谐振，文献[1]有数字实例，一台Uk为6%的1000kVA变压器，在低压母线上接有160kVar的并联电容器，结果引发了11次谐波的谐振，使电容器中的11次谐波电流达175A，电容器中的基波电流只有233A，总有效电流Iceff为313A，过载1.35倍，已超过允许值1.30倍。负载母线上11次谐波电压畸变系数达6.9%，也已超过允许值，而低压电源(含变压器阻抗ZT在内)母线上的畸变率只有1.5%。1.2并联谐振若谐波源来自低压侧的非线性负荷，例如变频器，则变压器的电抗(加上电源系统的少量电抗)和低压侧的电容可构成并联谐振，文献

3、[1]也有数字实例，低压侧接有300kvA的驱动装置，其它如变压器和电容器参数同，1.1节串联谐振中的实例，结果引发11次谐波的并联谐振，使电容器中11次谐波电流达到212A，已大于电容器中基波的90%，总有效电流达334A，过载1.45倍，也超过允许值1.30倍，其实负载的11次谐波电流才39A，又11次谐波电压的畸变率已达8.3%，大大超过允许值。2避免谐振的措施措施之一为改变网络元件的电抗电容量值，然而，它的可能性不大，特别当电容器组是自动控制的场合，将有许多谐振条件都要考虑。同时要注意，即使系统参数只是接近谐振频率也能使电容器组过电流和电压畸变率超

4、过标准。最常用的方法是与电容器串联一个电抗器，调谐的谐振频率低于网络中产生的最低次谐波的频率，这样，无论是串联谐振还是并联谐振就不会发生。现代的工业和建筑物电网中完全没有谐波电压和电流是不可能的，那么是否凡并联电容器都要串电抗器呢？那也不一定，如果需要串，电抗值取多少呢？下面着重讨论1000V以下低压电网情况。2.1并联电容器组(不串电抗器)[1]当不存在谐振条件即电网的电抗值和并联电容器的电容值所构成的谐振频率比较高而负载产生的谐波电流和母线的谐波电压又很低时，此时，不需要考虑降低谐波值，但是IEC标准[1]并未给出划分界线的具体数据。笔者认为，谐波次数

5、≥17就可以不考虑，即谐振频率≥17次谐波。15次谐波是3的整数倍，一般只存在于单相220V的设备中，这样只考虑到了13次就可以了。什么场合一定要串联电抗，GB[3]对此问题没有提及，厂家[4]在样本中规定的条件为GN/SN＜15%，GN为产生谐波设备的现在功率。SN为变压器视在功率。笔者认为产生谐波的设备类型有几种，发射谐波电流的大小也不同，还与一些外部条件的变动有关。因此，规定GN/SN＜15%似乎并不明确说明什么问题，还不如IEC标准[1]的条件，至少概念上是明确的。2.2失谐滤波器(detunedfilter)按照文献[1]的定义，失谐滤波器是一种

6、滤波器，它的调谐频率比有相当大(considerable)，电压(电流)副值的最低次谐波频率还要小过10%多。以5次谐波为例，其频率为250Hz，小过10%即为225Hz，因此失谐滤波器中的电抗值与电容量之比应大于4%/0.81即＞5%。样本[4]的失谐滤波器调谐在215Hz上，它是250Hz的85%，符合文献[1]定义的要求，其相对电抗值为5.5%＞5%。2.3调谐滤波器(tunedfilter)按照文献[1]的定义调谐滤波器是一种滤波器，它的调谐频率偏离于被过滤的频率不得大于10%。因此对5次谐波而言，它的相对电抗值(或电抗率)X%应为4%＜X%＜5%

7、。2.4并联电容器装置设计规范的规定[3]该规范中5.5.2.2规定“用于抑制谐波，当并联电容器装置接入电网处的背景谐波为5次及以上时，电抗率宜取“4.5%~6%”。可见文献[3]并没有区分失谐滤波器和调谐滤波器。其实，对补偿用并联电容器而言，调谐和失谐滤波器对基波都是容性电抗，都有无功补偿能力，只是大小程度不一样，调谐滤波器的无功补偿能力强。调谐或失谐的区分，是对指定的谐波次数进行滤波而言的。两者都有滤波器(抑制谐波)的能力，只是调谐滤波器的滤波能力更加强。对于GB这一条的术语“抑制谐波”似乎应是调谐滤波器，因而电抗率取4.5%~6%，IEC的要求为4%

8、3以上3种装置应用中的注意点并联电容器、失谐滤波器、调谐滤波器这三