电网系统的无功补偿与谐波治理

我公司所辖110KV站2座，35KV站6座，用户变电站2座，为了节能降损、提高电压质量和电网经济运行水平，需采用各种无功补偿装置。近年来，配电网中整流器、变频调速装置、电弧炉、各种电力电子设备以及电气化铁路大量应用。这些负荷大都具有非线性、冲击性和不平衡性的特点 在运行中会产生大量谐波。这些谐波对无功补偿装置造成了严重影响。在供电系统中，对于某次谐波，作为无功补偿用的并联电容器若与呈感性的系统电抗发生谐振则会出现过电压而造成危害。当无功补偿装置运行地点的谐波比较严重时，电压、电流波形会有很大畸变，电容器投切控制信号的传输就会受到影响，从而有可能引起装置的误动或拒动。另一方面并联电容器对电网谐波的影响也很大。若电容器容抗和系统感抗配合不恰当将会造成电网谐波电压和电流的严重放大，给电容器本身带来极大损伤。可见，无功补偿与谐波治理两者关系密切。产生谐波的装置大都是消耗基波无功功率的装置;治理谐波的装置通常也是补偿无功的装置。因此，为了寻求能同时实现无功补偿和谐波治理的装置，就必须将二者结合起来进行研究。 

一、无功补偿装置中的谐波问题 

谐波源有两种一种是谐波电流源，这些用电设备中的谐波含量取决于它自身的特性和工作状况基本上与供电系统参数无关。另外一种是谐波电压源。发电机在发出基波电势的同时也会有谐波电势产生，其谐波电势大小主要取决于发电机本身的结构和工作状况。实际上，在电网中运行的发电机和变压器等电力设备，输出的谐波电势分量很小几乎可以忽略。因此， 在供电系统中存在并实际发生作用的谐波源，主要是谐波电流源。 

在用并联电容器进行无功补偿的供电系统中电网以感抗为主电容器支路以容抗为主。在工频条件下并联电容器的容抗比系统的感抗大得多，可发出无功功率对电网进行无功补偿。但在有谐波背景的系统中大量的非线性负荷会产生大量的谐波电流注入电网，对这些谐波频率而言，电网感抗显著增加而补偿系统容抗显著减小导致谐波电流大部分流入电容器支路，若此时电容器的运行电流超过其额定电流的1.3倍，电容器将会因过流而产生故障。另外，针对无功补偿系统的调谐频率，如果电网中存在该特定频率的谐波电流源 则该谐波将直接被放严重时还会发生并联谐振或串联谐振。系统谐振将导致谐波电压和电流明显地高于在无谐振情况下出现的谐波电压和电流。 

二、能同时实现无功补偿与谐波治理的装置 

在有谐波背景的电网中，为了滤除谐波，就要为谐波提供一条释放路径，即保留基波而使谐波短路，也就是使谐波通过滤波器直接流回谐波源而不注入系统。为此，可采用一种LC无源滤波器，常用的是单调谐滤波器，它由适当数值的电容、电感和电阻组合而成(如图3a所示)。通过设置参数，使得在需要滤除的谐波频率上装置的感抗和容抗相等而抵消，即在调谐频率上滤波器呈现低阻抗，这样该频次谐波就可顺利通过滤波器并返回谐波源，从而达到滤除谐波的目的。而对于非调谐的基波和其它次谐波滤波器则呈现高阻抗，带来的影响很小。除了上述针对某次谐波频率而设置的滤波器外常用的还有一种高通滤波器如图3b所示它对于某一频率以后的所有频率都呈现低阻抗，可滤除多种高次谐波。在实际工程应用中，根据供电系统中谐波的组成成份往往设置两组LC滤波器一组为单调谐滤波器用来滤除含量较大的某次谐波;另一组为高通滤波器可对高次谐波实现减幅。

另外需注意，上述装置对谐振频率要求非常严格。若谐振点漂移，将有可能放大谐波电流，因此必须保证电抗器和电容器的数值不能因温度、环境等因素而发生变化。为满足此要求，滤波电抗器应采用电抗值可调的空芯或铁芯电抗器制造精度要求为正误差。对于电容器，最好选用制造精度为正误差，具有防爆、损耗低、放电特性好等特点的谐波滤波电容器。在确定其额定电压等级时，需考虑串联电抗器产生的电压降及谐波电压的影响，一般应选择高于系统电压。另外，在系统运行中，电容器组经常需要分组投切，此时就要根据补偿容量和谐波要求来解决各组间的配合问题。

无功补偿对改善电能质量电压起着重要作用。随着电网中非线性负荷的不断增加，其产生的谐波也急需治理。在谐波严重的地方，若仍使用传统的并联电容器补偿装置，则有可能对谐波起放大作用甚至产生谐振，从而给系统和补偿装置带来危害。低成本的无源滤波器是目前普遍采用的无功补偿和谐波治理装置。此装置使用简单，但存在一定缺陷。有源滤波器可以对幅度和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，但也存在初期投资大、运行效率低的缺点。总之，要加强、加大无功管理，使我公司所辖电网更加合理化、高效能地运作。