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供電系統(tǒng)的無功補(bǔ)償與諧波治理

類型：	【軟件】	上傳：	2013-1-24 14:43:04	大小：	1111KB
說明：	1 引言　　在供電系統(tǒng)中，為了節(jié)能降損、提高電壓質(zhì)量和電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，經(jīng)常采用各種無功補(bǔ)償裝置。近年來，配電網(wǎng)中整流器、變頻調(diào)速裝置、電弧爐、各種電力電子設(shè)備以及電氣化鐵路大量應(yīng)用。這些負(fù)荷大都具有非線性、沖擊性和不平衡性的特點(diǎn) 在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生大量諧波。這些諧波對(duì)無功補(bǔ)償裝置造成了嚴(yán)重影響。在供電系統(tǒng)中，對(duì)于某次諧波，作為無功補(bǔ)償用的并聯(lián)電容器若與呈感性的系統(tǒng)電抗發(fā)生諧振則會(huì)出現(xiàn)過電壓而造成危害。當(dāng)無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行地點(diǎn)的諧波比較嚴(yán)重時(shí)，電壓、電流波形會(huì)有很大畸變，電容器投切控制信號(hào)的傳輸就會(huì)受到影響，從而有可能引起裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)。另一方面并聯(lián)電容器對(duì)電網(wǎng)諧波的影響也很大。若電容器容抗和系統(tǒng)感抗配合不恰當(dāng)將會(huì)造成電網(wǎng)諧波電壓和電流的嚴(yán)重放大，給電容器本身帶來極大損傷。可見，無功補(bǔ)償與諧波治理兩者關(guān)系密切。產(chǎn)生諧波的裝置大都是消耗基波無功功率的裝置；治理諧波的裝置通常也是補(bǔ)償無功的裝置。因此，為了尋求能同時(shí)實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償和諧波治理的裝置，就必須將二者結(jié)合起來進(jìn)行研究。　　2 電容器無功補(bǔ)償裝置中的諧波問題　　諧波源有兩種一種是諧波電流源，這些用電設(shè)備中的諧波含量取決于它自身的特性和工作狀況基本上與供電系統(tǒng)參數(shù)無關(guān)。另外一種是諧波電壓源。發(fā)電機(jī)在發(fā)出基波電勢(shì)的同時(shí)也會(huì)有諧波電勢(shì)產(chǎn)生，其諧波電勢(shì)大小主要取決于發(fā)電機(jī)本身的結(jié)構(gòu)和工作狀況。實(shí)際上，在電網(wǎng)中運(yùn)行的發(fā)電機(jī)和變壓器等電力設(shè)備，輸出的諧波電勢(shì)分量很小幾乎可以忽略。因此，在供電系統(tǒng)中存在并實(shí)際發(fā)生作用的諧波源，主要是諧波電流源。　　在用并聯(lián)電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)墓╇娤到y(tǒng)中電網(wǎng)以感抗為主電容器支路以容抗為主。在工頻條件下并聯(lián)電容器的容抗比系統(tǒng)的感抗大得多，可發(fā)出無功功率對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償。但在有諧波背景的系統(tǒng)中大量的非線性負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流注入電網(wǎng)，對(duì)這些諧波頻率而言，電網(wǎng)感抗顯著增加而補(bǔ)償系統(tǒng)容抗顯著減小導(dǎo)致諧波電流大部分流入電容器支路，若此時(shí)電容器的運(yùn)行電流超過其額定電流的1.3倍，電容器將會(huì)因過流而產(chǎn)生故障。另外，針對(duì)無功補(bǔ)償系統(tǒng)的調(diào)諧頻率，如果電網(wǎng)中存在該特定頻率的諧波電流源則該諧波將直接被放嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振。系統(tǒng)諧振將導(dǎo)致諧波電壓和電流明顯地高于在無諧振情況下出現(xiàn)的諧波電壓和電流。　　2.1 諧波與并聯(lián)諧振　　時(shí)，將形成并聯(lián)諧振。此時(shí)，即使系統(tǒng)中的n次諧波電流不大，流入電容器的n次諧波電流也將會(huì)很大(理論上為無窮大，實(shí)際上，由于存在電阻，諧波電流為一很大的有限值)，被放大的諧波電流流經(jīng)電容器時(shí)可導(dǎo)致其內(nèi)部組件過熱而出現(xiàn)故障。　　2.2 諧波與串聯(lián)諧振　　當(dāng)上一級(jí)電網(wǎng)系統(tǒng)電壓波形嚴(yán)重畸變時(shí)此時(shí)的諧波源相當(dāng)于一個(gè)很大的電壓源。諧波電壓將在變壓器的感抗和電容器的容抗間形成串聯(lián)回路(如圖2所示)。當(dāng)感抗和容抗相等時(shí)，將形成串聯(lián)諧振。此時(shí)諧波電壓將在串聯(lián)回路上形成強(qiáng)大的電流直接流經(jīng)補(bǔ)償電容器使電容器因過流而迅速故障。　　在有諧波背景的電網(wǎng)中，為了濾除諧波，就要為諧波提供一條釋放路徑，即保留基波而使諧波短路，也就是使諧波通過濾波器直接流回諧波源而不注入系統(tǒng)。為此，可采用一種LC無源濾波器，常用的是單調(diào)諧濾波器，它由適當(dāng)數(shù)值的電容、電感和電阻組合而成(如圖3a所示)。通過設(shè)置參數(shù)，使得在需要濾除的諧波頻率上裝置的感抗和容抗相等而抵消，即在調(diào)諧頻率上濾波器呈現(xiàn)低阻抗，這樣該頻次諧波就可順利通過濾波器并返回諧波源，從而達(dá)到濾除諧波的目的。而對(duì)于非調(diào)諧的基波和其它次諧波濾波器則呈現(xiàn)高阻抗，帶來的影響很小。除了上述針對(duì)某次諧波頻率而設(shè)置的濾波器外常用的還有一種高通濾波器如圖3b所示它對(duì)于某一頻率以后的所有頻率都呈現(xiàn)低阻抗，可濾除多種高次諧波。在實(shí)際工程應(yīng)用中，根據(jù)供電系統(tǒng)中諧波的組成成份往往設(shè)置兩組LC濾波器一組為單調(diào)諧濾波器用來濾除含量較大的某次諧波；另一組為高通濾波器可對(duì)高次諧波實(shí)現(xiàn)減幅。　　上述調(diào)諧濾波器實(shí)現(xiàn)起來非常簡(jiǎn)單，就是在原來并聯(lián)電容器的支路上串接一個(gè)適當(dāng)大小的電抗器。此時(shí)，整個(gè)補(bǔ)償電容器支路對(duì)諧波源基波仍呈容性保持其無功補(bǔ)償作用不變。而對(duì)高次諧波補(bǔ)償支路則呈感性免了與系統(tǒng)形成電流諧振消除或減小了由于補(bǔ)償電容所引起的諧波電流放大現(xiàn)象。如何選擇電抗器的大小呢?目前，我國并聯(lián)電容器配置電抗器的電抗率K(K=XK/XC，XK為電抗器的基波感抗XC為電容器的基波容抗)主要有4種：0.5%，4.5%，6%，12%。配置K0.5%電抗器的主要目的是限制電容器的合閘涌流；當(dāng)采用電抗率為4.5%或6%的串聯(lián)電抗器時(shí)，可抑制5次以上的諧波電流；當(dāng)采用電抗率為12%的串聯(lián)電抗器時(shí)，可抑制3次以上的諧波電流。　　另外需注意，上述裝置對(duì)諧振頻率要求非常嚴(yán)格。若諧振點(diǎn)漂移，將有可能放大諧波電流，因此必須保證電抗器和電容器的數(shù)值不能因溫度、環(huán)境等因素而發(fā)生變化。為滿足此要求，濾波電抗器應(yīng)采用電抗值可調(diào)的空芯或鐵芯電抗器制造精度要求為正誤差。對(duì)于電容器，最好選用制造精度為正誤差，具有防爆、損耗低、放電特性好等特點(diǎn)的諧波濾波電容器。在確定其額定電壓等級(jí)時(shí)，需考慮串聯(lián)電抗器產(chǎn)生的電壓降及諧波電壓的影響，一般應(yīng)選擇高于系統(tǒng)電壓。另外，在系統(tǒng)運(yùn)行中，電容器組經(jīng)常需要分組投切，此時(shí)就要根據(jù)補(bǔ)償容量和諧波要求來解決各組間的配合問題。　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，用晶閘管實(shí)現(xiàn)的靜止無功補(bǔ)償裝置因其優(yōu)良的性能而被廣泛應(yīng)用。例如，有一種兼有諧波治理功能的動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置叫做晶閘管投切電容器TSC(Thyristor Switched Capacitor)這種裝置性能良好，被很多場(chǎng)合采用，但線路組成比較復(fù)雜，故障點(diǎn)多，維護(hù)量相對(duì)較大。另外還有一種典型的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償及諧波濾波裝置為固定電容器+晶閘管相控電抗器FC+TCRFixed Capacit +Thyristor Controlled Reactor。該裝置根據(jù)局部電網(wǎng)最低功率因數(shù)設(shè)置固定電容器，根據(jù)諧波的階次由電抗器串聯(lián)固定電容器組成LC諧波吸收回路根據(jù)電網(wǎng)功率因數(shù)變化量來調(diào)節(jié)相控電抗器的大小實(shí)現(xiàn)局部電網(wǎng)無功補(bǔ)償和諧波治理。相對(duì)TSC來說，該裝置線路簡(jiǎn)單，故障率低，運(yùn)行也較穩(wěn)定，值得推廣。 [url= http://www.whtlhgdq.com/]串聯(lián)諧振[/url] 串聯(lián)諧振 [url= http://www.whtlhgdq.com/]直流電阻測(cè)試儀[/url] 直流電阻測(cè)試儀

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