论文-浅论带谐波抑制的低压母线无功补偿的设计

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1、浅论带谐波抑制的低压母线无功补偿的设计DiscoursetheDesignontheReactivePowerCompensationinLow-voltageBuswithHarmonicSuppression扈焕江孟徳韬何均小冶赛迪工程技术股份有限公司建筑设计研究院重庆400013摘要：节能灯、计算机、变频空调等非线性负荷的大量使用，使得必须对供电网采取谐波抑制的措施。木文分析了民用建筑屮常用的无功补偿冋路串联谐波抑制电抗器的原理，并论述了电气设计时串联电抗器电抗率以及电容器容量、额定电压的选择原则，

2、最后通过实际的设计实例证明了分析的合理性。关键词:无功补偿，谐波抑制，电抗率1概述随着工农业和人民生活水平的不断捉高，除了需要电能成倍增长，对供电质量及供电可靠性的要求也越來越多。电力电了技术、计算机技术等的不断发展使得用电负载D趋多元化，非线性负载被越来越多的使用。民用建筑中的非线性负载主要有节能灯、计算机、家用电器等单相非线性负载和电梯、变频空调等三相非线性负载。这些非线性负载成为电力网中主要的谐波来源，严重影响了电力系统正常可靠运行。2电力系统谐波分析民用建筑电气设计中多采用在无功补偿电容器回路串联

3、电抗器來抑制谐波。谐波源从电力系统屮吸收的畸变电流可分解为基波分量和谐波分量，其谐波分量与基波分量和供电网的阻抗无关，所以可以将谐波源看作恒流源。电力系统的简化电路和谐波等效电路如图1所示。a)电力系统简化电路图b)n次谐波等效电路图图1电力系统简化电路图和n次谐波等效电路图谐波源产生的谐波电流分别流经变压器回路和无功补偿回路。由等效电路可s”+Zc”"nX.+nX,•——=i•—匹丄7“XsQ乙5nxs+nXL-—式中，人”为变压器母线回路n次谐波电流；4为无功补偿回路n次谐波屯流；X$为工频短路电抗；

4、Xj为串联电抗器工频感抗；X。为无功补偿电容器工频容抗。由(1)、(2)式可知，当无功补偿回路的电抗器和电容器组成的无源滤波器发生串联谐振时，谐波电流全部流经无功补偿回路，即当以产业时，ICli=In,=In，此吋实现对n次谐波的完全滤除。由nXl=可得，电抗率Y当无功补偿回路呈感性特征,即nx/仏时an，此时,无功补偿回路具冇谐波抑制作用。电抗率Y当无功补偿回路呈容性特征，即时，系统和电容器两支路谐波屯流都受到不同程度的放大。当=-1时，谐波电流被极度放大。出以上分析口J知，无功补偿回路串联电抗器要实现

5、对谐波屯流的抑制，必须使回路电抗对谐波源产生的最低次谐波呈感性，即满足K丄,n为主要谐波的n"最低次数。3谐波抑制电抗率的选择现代建筑中的电气负荷含有大量非线性负荷，如含电了整流器的节能灯具，计算机，打印机，家用电器等单相负荷，以及电梯，变频集中空调等三相负荷。这些非线性负荷产牛的谐波超过了GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》屮规定的谐波限值，影响了电力系统的正常可靠运行。相关文献指出，节能灯具，计算机，家用电器等单相非线性负荷主要产生3次、5次、7次、9次等谐波；电梯、变频集中空调等三相非线

6、性负荷主要产生5次、7次、9次、11次等谐波。根据不同性质负荷产生不同次数的谐波选择电抗率，对单相非线性负荷，要滤除3次及以上谐波，理论调谐频率为150Hz,电抗率为V11K,=^=—=—=\.1%(5)3Xcn232对三相非线性负荷，要滤除5次及以上谐波，理论调谐频率为250Hz,屯抗率为1=4%(6)nX厂心由式(1)、(2)可知,当£=大于0时，厶”和G均小于人，即对n次谐波，当补偿电容器支路呈感性时，系统谐波电流不会被放大。电容器支路流进了部分谐波电流，分流了注入系统的部分谐波电流。此吋电容器支

7、路不仅能对基波进行有效的无功补偿，而且还能滤去部分谐波电流。实际应用时，电容器支路的主要作为无功补偿装置，电抗器只需保证系统的谐波含量不超过国家标准规定限值，使设备能止常可靠工作即可，并没有必耍完全滤除谐波。根据国内外主流的无功补偿电容器及电抗器的专业厂家的产品参数，当要滤除3次及以上谐波，电抗率取值为12%〜15%之间；要滤除5次及以上谐波，电抗率取值为6%或7%o由(3)式可得，〒=K”coCK即，LC=^(7)少式屮，Q为基波角速度，co=27rf=100^-此时，实际的调谐频率为九~2tt4lC以

8、国外某知名无功补偿设备品牌产品为例，当电抗率为7%时，实际调谐频率为：5050189//Z(9)当电抗率为14%时，实际调谐频率为:50y/0A4=134Hz(10)厶和厶分别低于对应的理想调谐频率，可实现对相应次及以上谐波的抑制作用。4无功补偿回路参数的选择电容器的容量为2,=2^/Ct/；xl03(11)式中，2为电容器的容量，单位为kVar,/为电容电压，单位为V,C为电容器容值，单位为因为电容器的容值只与介质的相对介电