諧波污染導緻傳統的無功補償方式－並聯電力電容器無法正常投入使用，調諧型無功補償方式可有效應用於諧波污染嚴重的電網中。調諧型無功補償裝置採用電容器串聯電抗器(串聯電抗器)的方法，使該回路的調諧頻率低於網絡中産生的最低次諧波的頻率。電容器和電抗器(串聯電抗器)的特征參數共同決定瞭補償裝置的調諧頻率及補償容量。

   本文詳細介紹瞭調諧型補償裝置的調諧頻率確定原則，電容器電容值、設計電壓
、設計容量計算方法及電抗器(串聯電抗器)的選擇，並以相應産品爲例說明此選型過程。

   1 概述

   1.1 選用調諧型無功補(bǔ)償(cháng)裝置的必要性

   電力系統中實現無功補償的傳統方式是並(bìng)聯電力電容器
。近年來，非線性負載如整流設備(bèi)、變頻器、UPS、電梯、空調等廣泛使用，産生大量諧波電流並(bìng)注入到電網中。

   諧波污染較大的系統中，單純並(bìng)聯電容器組的無功補償方式是不能很好使用的。原因有二：一是並(bìng)聯電容器組對諧波有放大作用，易發生串聯諧振或並(bìng)聯諧振，使得系統電壓及電流的畸變更加嚴重；二是由於(yú)諧波電流疊加在電容器基波電流上，使電容器的電流有效值增大，造成溫度升高，減少使用壽命，甚至永久損壞。

  調諧型無功補償裝置採用與電容器串聯電抗器(串聯電抗器)的方法，使該回路的調諧頻率低於網絡中産生的最低次諧波的頻率。這樣，該裝置在工頻時呈容性，改善功率因數；在諧波頻率時呈感性
，防止諧波放大，避免諧振的發生
。因此，調諧型無功補償裝置得到日益廣泛的應用。

   1.2 調諧型無功補(bǔ)償裝置的應用場(chǎng)合

   現代工業和建築物電網中完全沒有諧波電壓和諧波電流是不可能的，那麽是否均需採用調諧型無功補償裝置與電抗器(串聯電抗器)呢？那也不一定。Schneider-Electric 公司給出瞭低壓電網選用調諧型無功補償裝置的經驗标準。變壓器視在功率爲n S ，其負荷中諧波源設備視在功率爲h G ，當>25%時，建議使用調諧型無功補償與電抗器(串聯電抗器)裝置。

   2 調諧型無功補(bǔ)償(cháng)裝置的選型計算

   2.1 調諧型無功補(bǔ)償(cháng)裝置回路分析

   調諧型無功補償裝置回路如所示：電網電壓爲n U，回路中無功電流爲I ，調諧電抗器(串聯電抗器)阻抗ZL，電抗器(串聯電抗器)兩端電壓爲IL Z ，電容器阻抗C Z ，電容器兩端電壓爲C U 。由電抗和電容的阻抗特性，電抗器(串聯電抗器)端電壓與電容器端電壓方向相反。

   2.2 調諧型無功補(bǔ)償(cháng)裝置的選型計算

   在已知電網電壓n U ，電網諧波頻譜特性及所需單組無功補償容量Q 的情況下，如何選擇調諧補償裝置的電容器與電抗器(串聯電抗器)呢？下文将做詳細描述。

   第一步：確(què)定調諧頻率r f 或電(diàn)抗率K 或調諧次數n 。

   不同配電系統中特征諧波頻譜特性是不同的。爲使調諧型無功補(bǔ)償裝置能夠正常使用，該回路的調諧頻率r f 需低於(yú)網絡中最低次諧波的頻率。如電網中含有3 次、5 次及以上諧波，調諧頻率r f 需低於(yú)3 次諧波頻率（50 Z H 電網中3 次諧波頻率爲150 Z H ）；

   電網中含有5 次、7 次及以上諧波，調諧頻率r f 需低於(yú)5 次諧波頻率（50 Z H 電網中5 次諧波頻率爲250 Z H ）。調諧頻率r f 計算方法如下：《GB50227-95 並(bìng)聯電容器裝置設計規範》對調諧補償裝置的電抗率K 作出如下規定“當並(bìng)聯電容器裝置接入處的背景諧波爲5 次及以上時，宜取4.4%~6%；當並(bìng)聯電容器裝置接入電網處的背景諧波爲3 次及以上時，宜取12%”。

   調諧頻率r f 與電抗率K 是相互關聯的
。電抗器(串聯電抗器)電抗率K 的定義是工頻條件下電抗器(串聯電抗器)感抗與電容器容抗的比值配電系統中含有3 次及以上諧波，選用調諧頻率爲135 Z H 的補償裝置；配電系統中含有5 次及以上諧波，選用調諧頻率爲215 Z H 的補償裝置。

   第二步：確(què)定電(diàn)容器。

   選擇電容器需分别確定電容器的設計電壓UC（V ）與設計容量QC（K var ）。由式4、式8，可得補償回路的無功電流I ，則此工作電壓g U 即爲電容器最低設計電壓。因此調諧無功補償裝置中電容器的設計電壓應高於電網電壓，即C g n。例：Schneider－Electric 公司的調諧無功補償裝置採用設計電壓爲480V 的電容器應用於電網電壓爲400V 的系統（使用條件惡劣的情況下，也可選擇設計電壓更高的電容器）。選定電容器設計電壓C U 後，需進一步確定電容器設計容量C Q ：電抗器(串聯電抗器)電抗率K ，電網電壓n U ，所需單組無功補償容量Q ，則由式5、式8 可得

   第三步：確定電抗器(串聯電抗器)。

   電抗器(串聯電抗器)的額定電壓即爲電網電壓。選擇電抗器(串聯電抗器)需確定電抗器(串聯電抗器)的電感值L (mH )及基波耐流值1 I ( A )。調諧型無功補償裝置的選型計算實例下面以實例說明上述計算過程。例：已知電網電壓n U ＝400V ，所需單組無功補償容量Q＝25 K var ，系統中含有 5次、7 次及以上諧波
，請確定調諧無功補償方案。第一步：確定電抗率K電網中諧波頻譜爲5 次以上，電抗率K 的範圍應爲4.4%~6%。已無功補償産品爲例，可選定電抗率K ＝5.4%

   4 結(jié)束語(yǔ)

   從上述計算分析和實例可以發現，選用調諧型無功補償裝置時，電抗率是該裝置的重要參數，這一參數值需根據電網頻譜特性選擇。選取電容器的設計電壓需高於電網電壓，同時需選擇與之匹配的電抗器(串聯電抗器)。調諧型無功補償裝置向電網提供的無功補償容量由電容器和串聯電抗器(串聯電抗器)構成的補償回路特性決定。與純電容補償方式相比，調諧型無功補償方式增加瞭電抗器(串聯電抗器)這一元器件，使補償回路實現無功補償的同時，可以有效抑制諧波，防止發生諧振，滿足更多用戶需求。

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