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   供電系統(tǒng)的無功補償與諧波治理

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【軟件】 上傳： 2013-1-24 14:43:04 大�。� 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)濟運行水平，經(jīng)常采用各種無功補償裝置。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。這些負荷大都具有非線性、沖擊性和不平衡性的特點 在運行中會產(chǎn)生大量諧波。這些諧波對無功補償裝置造成了嚴重影響。在供電系統(tǒng)中，對于某次諧波，作為無功補償用的并聯(lián)電容器若與呈感性的系統(tǒng)電抗發(fā)生諧振則會出現(xiàn)過電壓而造成危害。當無功補償裝置運行地點的諧波比較嚴重時，電壓、電流波形會有很大畸變，電容器投切控制信號的傳輸就會受到影響，從而有可能引起裝置的誤動或拒動。另一方面并聯(lián)電容器對電網(wǎng)諧波的影響也很大。若電容器容抗和系統(tǒng)感抗配合不恰當將會造成電網(wǎng)諧波電壓和電流的嚴重放大，給電容器本身帶來極大損傷。可見，無功補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償無功的裝置。因此，為了尋求能同時實現(xiàn)無功補償和諧波治理的裝置，就必須將二者結(jié)合起來進行研究。 　　2 電容器無功補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)電機在發(fā)出基波電勢的同時也會有諧波電勢產(chǎn)生，其諧波電勢大小主要取決于發(fā)電機本身的結(jié)構(gòu)和工作狀況。實際上，在電網(wǎng)中運行的發(fā)電機和變壓器等電力設(shè)備，輸出的諧波電勢分量很小幾乎可以忽略。因此， 在供電系統(tǒng)中存在并實際發(fā)生作用的諧波源，主要是諧波電流源。 　　在用并聯(lián)電容器進行無功補償?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)出無功功率對電網(wǎng)進行無功補償。但在有諧波背景的系統(tǒng)中大量的非線性負荷會產(chǎn)生大量的諧波電流注入電網(wǎng)，對這些諧波頻率而言，電網(wǎng)感抗顯著增加而補償系統(tǒng)容抗顯著減小導致諧波電流大部分流入電容器支路，若此時電容器的運行電流超過其額定電流的1.3倍，電容器將會因過流而產(chǎn)生故障。另外，針對無功補償系統(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重時還會發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振。系統(tǒng)諧振將導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，將形成并聯(lián)諧振。此時，即使系統(tǒng)中的n次諧波電流不大，流入電容器的n次諧波電流也將會很大(理論上為無窮大，實際上，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)電容器時可導致其內(nèi)部組件過熱而出現(xiàn)故障。 　　2.2 諧波與串聯(lián)諧振 　　當上一級電網(wǎng)系統(tǒng)電壓波形嚴重畸變時此時的諧波源相當于一個很大的電壓源。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)。當感抗和容抗相等時，將形成串聯(lián)諧振。此時諧波電壓將在串聯(lián)回路上形成強大的電流直接流經(jīng)補償電容器 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，從而達到濾除諧波的目的。而對于非調(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高次諧波實現(xiàn)減幅。 　　上述調(diào)諧濾波器實現(xiàn)起來非常簡單，就是在原來并聯(lián)電容器的支路上串接一個適當大小的電抗器。此時，整個補償電容器支路對諧波源基波仍呈容性保持其無功補償作用不變。而對高次諧波補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；當采用電抗率為4.5%或6%的串聯(lián)電抗器時，可抑制5次以上的諧波電流；當采用電抗率為12%的串聯(lián)電抗器時，可抑制3次以上的諧波電流。 　　另外需注意，上述裝置對諧振頻率要求非常嚴格。若諧振點漂移，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、放電特性好等特點的諧波濾波電容器。在確定其額定電壓等級時，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)運行中，電容器組經(jīng)常需要分組投切，此時就要根據(jù)補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，用晶閘管實現(xiàn)的靜止無功補償裝置因其優(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態(tài)無功功率補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，被很多場合采用，但線路組成比較復(fù)雜，故障點多，維護量相對較大。另外還有一種典型的動態(tài)無功補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現(xiàn)局部電網(wǎng)無功補償和諧波治理。相對TSC來說，該裝置線路簡單，故障率低，運行也較穩(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/]直流電阻測試儀[/url] 直流電阻測試儀
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