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低壓係統阻抗型無功補償與諧波濾波裝置及應用

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低壓係統阻抗型無功補償與諧波濾波裝置及應用

發布日期:2016-09-22 00:00 來源:http://www.sdtm-cq.com 點擊:

低壓節能控製係統廣泛使用非線性負載而產生的諧波與無功汙染,已成為低壓係統電能質量應重點關注的問題,阻抗型無功補償與諧波濾波裝置可較低成本並有效解決這類問題,但在工程應用中出現了一些混淆或者誇大其功能的情況。本文從《GB/T 26870-2011濾波器和並聯電容器在受諧波影響的工業交流電網中的應用》出發,並利用仿真實例來分析阻抗型無功補償與諧波濾波裝置的原理和功能異同,及其在低壓係統應用中應該注意的問題。


1、引言

由於低壓負荷性質發生了深刻變化,諧波也日益廣泛地滲透到了低壓係統。電網諧波一般來自三個方麵:一是發電電源質量不高產生諧波;二是輸配電係統產生諧波;三是用電設備產生的諧波,這是低壓電力係統中諧波的主要根源。如今,廣泛使用的負載大部分都是非線性負載,如整流器、UPS類設備、電梯、空調、變頻器、節能燈、計算機設備、家用電器等;另外,低壓配電係統中廣泛使用並聯電容補償方式,在提高功率因數的同時也產生了諧波放大的現象。這些非線性負荷產生的諧波汙染會對電網和所有用戶後端產生嚴重的危害,同時產生的無功功率還造成電壓波動與閃變等電能質量問題,危害電網的安全運行。


因此,為了保證電網的安全穩定運行,必須采取諧波與無功功率的治理措施,提高低壓配電係統的電能質量。本文基於GBT 26870-2011介紹了兩種阻抗型無功補償與諧波濾波裝置:調諧濾波器和失諧濾波器,並利用仿真實例來分析其原理和功能異同,及其在低壓係統應用中應該注意的問題,為電能質量裝置製造商和電力用戶在選擇阻抗型無功補償與諧波濾波裝置時提供了專業化的建議。


2、阻抗型無功補償與諧波濾波裝置—調諧濾波器

2.1 調諧濾波器定義

GBT 26870-2011的定義:調諧頻率與濾波頻率相差不大於10%的濾波器。

無源濾波器是利用電容和電感的串聯諧振原理,在調諧頻率下使濾波支路的等效阻抗近似為零,對調諧頻率及其附近的諧波電流呈現低阻抗通道,以實現濾除諧波電流的目的。調諧濾波器濾波示意圖如圖1所示。

2.2 調諧濾波器的認識

(1)對定義的理解

理想條件下,濾波裝置的調諧頻率應該與需要濾除的特征諧波頻率相等,以取得最好的濾波效果。考慮到濾波電容器的溫漂及製造偏差、濾波電抗器的製造偏差、鐵心電抗器的非線性以及係統阻抗的變化等因素,可能會使濾波器的諧振頻率發生偏移,使濾波器的阻抗在特征諧波頻率處呈容性,導致諧波電流的放大。為了保證濾波器長期運行的可靠性,一般要求濾波器的調諧頻率與特征諧波的頻率相差不大於10%,且為負偏差。

(3)調諧濾波器應用中應注意的問題

1)調諧濾波器的調諧頻率是根據應用係統特征諧波電流的頻譜分布而確定,且調諧頻率靠近特征諧波頻率(相差在10%以內的負偏差),對調諧濾波器的電容器和電抗器製造精度要求較高,一般要求電容值精度的誤差在0~2.5%以內。

2)應用調諧濾波器的係統必須有一定量的無功功率需求,調諧濾波器安裝容量和基波補償容量是兩個不同的概念,基波無功補償容量越大,則電容器安裝容量越大,調諧濾波器運行越安全可靠。

3)調諧濾波器流過的電流包含基波無功補償電流和濾除的特征諧波電流,因此調諧濾波器的安裝容量還與應用係統特征諧波電流發生量大小有關,特征諧波發生量大則流過調諧濾波器部分的諧波電流越大,要求調諧濾波器電抗器的額定電流,電容器額定電壓和額定電流越大,造成電容器的安裝容量就越大。

4)盡管諧波濾波與無功補償密不可分,但調諧濾波器主要功能是濾除應用係統中存在的特征諧波電流,並同時具備無功補償的輔助功能。


3、阻抗型無功補償與諧波濾波裝置—失諧濾波器

3.1 失諧濾波器的定義

3.2 失諧濾波器的認識

(1)對定義的理解

按照GBT 26870-2011的定義,調諧頻率低於電壓或電流幅值不應忽略的最低次諧波頻率10%以上,主要考慮失諧濾波器調諧頻率要偏離特征諧波頻率,一是避免失諧濾波器對低於失諧濾波器諧振頻率的特征諧波電流發生放大;二是避免過多的特征諧波電流流入失諧濾波器造成電容器、電抗器過電壓和過電流。

(2)失諧濾波器應用中應注意的問題

1)失諧濾波器調諧頻率要避開應用係統中最低的特征諧波頻率,對電容器和電抗器製造精度要求不高,選用無功補償電容器,一般要求電容值精度的誤差在0~10%以內,其價格比調諧濾波器較低。

2)失諧濾波器的基波無功補償容量計算方法同調諧濾波器,由於失諧濾波器的調諧頻率一般偏離特征諧波頻率,流入失諧濾波器的特征諧波電流量比調諧濾波器要小得多,失諧濾波器的電抗器和電容器選取的額定電流比調諧濾波器要小,因此相同基波補償容量時電容器的安裝容量比調諧濾波器要小得多,同時電容器的額定電壓也可以選低一些。

3)失諧濾波器對高於調諧濾波器的特征諧波有一定的濾波效果,但必須認識到調諧濾波器設計調諧頻率接近特征諧波,但失諧濾波器設計調諧頻率是遠離調諧頻率,本質上是避免過多的諧波電流流入失諧濾波器,從而保證失諧濾波器的長期安全穩定運行。

4)失諧濾波器的主要功能是補償應用係統的無功功率,並同時具備一定諧波濾波的輔助功能。


4、阻抗型無功補償與諧波濾波裝置在低壓係統中的應用

4.1 低壓節能控製係統應用背景

某10kV/0.4kV低壓係統,短路容量以基準短路容量10MVA計算,基波無功需求量為150kvar,非線性負荷產生的5次和7次諧波電流分別為120A和90A,采用阻抗型無功補償與諧波濾波裝置治理該低壓係統的諧波與無功問題,四種參考解決方案如下:

(1)設置5%串聯電抗器的失諧濾波器;

(2)設置6%串聯電抗器的失諧濾波器;

(3)設置7%電抗器的失諧濾波器;

(4)設置5次和7次調諧濾波器。


低壓節能控製係統

相關標簽:變壓器

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