并联补偿电容器组对高次谐波的放大和抑制作用分析

第３期（总第１０４期）　２００２年６月　山　西　电　力　ＳＨＡＮＸＩ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　ＮＯ．３（Ｓｅｒ．１０４）　Ｊｕｎｅ．２００２　并联补偿电容器组对高次谐波的放大和抑制作用分析　张永春　（山西电力科学研究院，山西太原０３０００１）　摘要：分析了变电站无功并联补偿电容器组对电力系统高次谐波的放大作用，论述了利用串联电　抗器接入补偿电容器组进行参数合理选择，使其达到对高次谐波分量的抑制效果。　关键词：高次谐波；电容器组；串联电抗器　中图分类号：ＴＭ５３１．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１－０３２０（２００２）０３—００５３—０２　投入电力系统的谐波源用户，诸如：电力机车、　整流及换流设备、电弧电炉、家用电器等。致使大　量的高次谐波电流注入电力系统公共连结点，造成　电力系统电能质量的污染。２２０　ｋＶ及１１０　ｋＶ变电　站３５　ｋＶ及１０　ｋＶ侧母线普遍采用的无功并补电　容器组作为谐波源的负载。由于其呈现容性电抗，很　多时侯，在其作用下会使流过它的谐波电流或进入　系统的谐波电流在数值上大于谐波源的谐波电流，　因而称为谐波电流放大，造成山西省诸多为谐波源　用户供电的变电站和具有谐波源的用户变电站３５　ｋＶ或１０　ｋＶ母线关联补偿电容器组，严重烧坏或　不能投入运行，功率因数降低、电压降低等不良后　果。多年来配合并补电容器组的投运试验工作和主　网及大用户变电站的并补电容器组进行了测试工　作，取得了大量数据和第一手资料，从而为电容器　图１　串接电抗器的电容器组　组的设计、选取、运行组合方式，提供了可靠依据。　目前为解决谐波电流放大所采用串联电抗器的方　当无电容器组时Ｉ　一Ｉ　，接人串联电抗器Ｘ　的电容器组后，进入电容器谐波电流为　Ｌ一　＋　１　ｎｃ—ｎｘ　ｓ　ｎＸ　Ｉ　一Ｘ／ｎ　：　’１　ｎ　’，　　法，对抑制高次谐波放大很有成效。　１　电容器组对谐波电流放大的理论分析　众所周知，电容器对高次谐波是低阻抗，当回　１　，　即　一　ｎ；（１）　路中不计电阻尺值时，Ｚ　一ｌ　ｘ　ｌ一　１，　。，ｌ』ｗＣ　，　』１　一　×　１　进入系统侧谐波电流为　一　，　』１ｍ　而在纯感性回路中，Ｚ　一Ｘ　一ｎｗＬ，　一　×　，ｌ』　ｙ　ｌ　“　ｎＸ　ｎＸ　ｊ＋　Ｌ一　Ｘ／ｎ　，’　１厂　。说明　次谐波电流振幅与基波电流振幅之比在　１　即　一著　１厂　＝＝，　ｚ　＝＝ｊ　：　ｊ：　：　；：　，　。（２）　纯容性回路中为　次谐波电压与基波电压之比值的　１　倍。而在纯感性回路中，其比值仅为÷倍。　收稿日期：２００２　０３—０６　通常所讲的电抗百分数为串联电抗器的基波感　抗Ｘ　与电容器基波容抗Ｘ　之比，　即　１．１特征点　一Ｉ＿ＡＬ。　作者简介：张永春（１９６０一），男，河北涞水人，１　９８５毕７月毕业于山　西电力职工大学发电厂及电力系统专业，工程师。　（３）　・５４・　山　西　电　力　２００２年第３期　１．１．１　串联谐振点　向相反。　由式（２）令谐波阻抗的分子为零，即从谐波源　１．２．２　电容器谐波电流放大，系统谐波电流不放大　的频率范围ｎｋ２＜　＜　，谐振环流Ｉｖ．＜，　。　１．２．３　系统谐波电流放大，电容器谐波电流不放大　的频率范围Ｏ＜ｎ＜ｎ…谐振环流Ｉｒ￣＜，　，与前者方　看入的阻抗为零，使电容支路的串联谐振点，谐振　谐波次数为　ｌ　ｌ（４）　向相反。　串联谐振点处各谐波电流、电压Ｉ　一Ｉ　，Ｉ　一　０，Ｖ　一０，Ｖ　＝Ｉ　・Ｘ　／　由于谐波源为电流源，　故均为有限值。谐波电流全部流入电容装置，不注　入系统，电容补偿装置相当于滤波器。　串联谐振点的左侧（　＜　），电容支路为容性　频带，与系统电感将产生谐波放大。其右侧（　＞　）为感性频带，与系统电感成为两个谐波感抗并　联，不产生谐波放大。　１．１．２并联谐振点　。　１．２．４不引起系统及电容器谐波电流放大的频率　范围　＜　＜Ｃ×３，谐振环流Ｉ，　一０。　１．３谐波放大倍数的确定　电容装置的谐波电流放大倍数Ｋ　和系统谐波　电流放大倍数Ｋ　为二者并联时的谐波电流，…，　，　』　，　』月　与谐波源电流，　之比。Ｋ　一　，Ｋ　一　。　放大后的谐波电流在各阻抗元件上产生相应的　谐波电压放大。其放大倍数也采用并联补偿系统的　母线，电容器和串联电抗的谐波电压与谐波源单独　流入该支路时造成的同次谐波电压之比。由于谐波　由式（２）令谐波阻抗的分母为零，即从谐波源　看入的阻抗为。。，得补偿系统的并联谐振点，谐振　厂—　＿厂———＿＿＝——一　源为电流源，谐波电压放大倍数与谐波电流放大倍　数完全相同。　谐波次数为　：＝＝√　率。　一√　＝　毒　，　其中，５　为母线短路容量，Ｑ　为电容器输出实际功　并联谐振点处于电容支路的容性频逞内（　。＜　）。当电阻为零时，该点理论上的谐波电流和谐波　２对谐波放大的抑制措施　２．１　对系统内及母线上实际存在的高次谐波进行　实测，掌握第一手资料，以作为串联电抗器选型、选　参数的依据。调节并联电路的参数，使其电容支路　电压均趋无限大，实际上由于存在电阻均为一很大　的有限值。该次谐波电流在电感电容间形成全部谐　振环流。由于谐振环流，　》，　，使电容装置和系统　中的谐波电流极端放大Ｉ　》，　，，　》，　。　１．１．３　第一临界点　对于存在的主要各次谐波的最低谐波阻抗成为感　性。让它落在频带图串联谐振点右侧的不放大频带　内，其参数应为：对于最低次为五次的ｍ＞４。当前　普遍采用６　串联电抗器，对于最低次为三次的　ｍ＞１１．１　，现普遍采用１３　串联电抗器。　２．２　由于串联电抗器还具有合闸涌流、故障电　流及操作过电压等作用，故ｍ值的选择应综合满足　各方面的要求。　２．３　串联电抗器的谐波电抗值是随谐波次数成正　该点为电容器谐波电流的起始放大点，由式　厂—　一　（２）中令，　ｃ＝Ｉ”，则谐波次数　一√　相应的系统谐波电流放大２　倍，Ｉ　＝２Ｉ　。　比增大，次数越高其承受的电压较电容器越高，在　参数选择时应特别注意。　２．４附近有未装设串联电抗器的电容补偿装置时，　由电容器组造成的系统谐波放大可能波及串联电抗　１．１．４　第二临界点１ｌ＂　２　该点为系统谐波电流的起始放大点，由式（２）　厂——：　一　中令Ｉ　＝Ｉ　，则谐波次数ｎ船一√　Ｊ。＿。。。。。　。。。。。。。－●●。。。。。。。。。　。。　＇＿－。。。。。。。。。。。－●　＿－　。。。。。。。。。。。。●－　＿。。。。。。——　一　器使其过载。应充分了解电网周边情况，考虑一定　裕度。　￣／．　Ｓｋ＿　，相应的电容器支路谐波电　２．５　电容补偿装置加装串联电抗器后，基波特性将　会改变。系统基波电压加在两者的串联电路上，电　１　１　流放大２倍，Ｉ　＝２１　。　１．２谐波放大区　容器的基波电压要升高　１　ｌｆＩ　倍，电流要加大　’一¨Ｌ　１．２．１　电容器谐波电流和系统谐波电流均放大的　频率范围　＜　＜　。谐振环流，　＞，　，并联谐振　点为该频带内的一个极端放大点，两侧谐振环流方　倍，无功输出要增加　倍。故要防止电容器的　（下转第５９页）　基波过电压、过电流和过负荷。　２００　２年６月　任芙萍：推进设计控制工程造价　・５９・　３　总结经验、不断提高设计对控制造价　的理解和认识　３．１开展设计，必须思想、转变观念　的思想越来越深人人心，设计取得成效越　来越得到各项目法人、投资方和生产单位认可。许　多项目主动要求按设计和示范工程的思想进行　设计和建设，并主动提出许多优化建议与设计部门　没有设计的思想，就没有设计的行动。　开展设计首先要在思想认识上正确把握设计革　命的实质，深刻领会设计的重要意义。只有项　目法人、投资方、设计单位彻底从旧的思想观念、设　共同研究。使设计的具体工作做得更加扎实，如　果没有项目法人、各投资方、生产单位的理解与支　持，设计就难以顺利进行，更何谈控制工程造　价。　计模式和设计方法中摆脱出来，才能推动设计　向前迈进，对工程造价的控制才会效果显著。　３．２开展设计，必须有各方面相互支持、密切　配合　３．３开展设计，必须以提高效益为中心　开展设计的目的是通过设计思想的改革、　技术手段的创新，在保证安全可靠的基础上，努力　降低工程造价，在具体实施过程中，必须紧紧围绕　提高效益这一中心，坚决贯彻“安全可靠、经济适　设计是一个系统工程，不单是某个单位或　某个人的事，参与工程建设的各方必须相互支持、密　切配合。近几年，通过大力宣传和全面推进，设计　用、符合国情”的原则来降低工程造价。　Ｐｕｓｈ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｏ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｅｎｇｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｓｔ　ＲＥＮ　Ｆｕ—ｐｉｎｇ　（Ｓｈａｎｘｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔａｉｙｕａｎ，Ｓｈａｎｘｉ　０３０００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｓ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ　ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｆｕｌｌｙ　ａｄｄｒｅｓｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｅｘａｍｐｌｅｓ　ａｒｅ　ｇｉｖｅｎ　ｔＯ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ　ｔｈａｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｂｒｏｕｇｈｔ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ　ｉｔｓｅｌｆ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｏｃｉｅｔｙ　ａｎｄ　ｐｕｔ　ｔｈｅ　ＣＯＳｔ　ｏｆ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｃｏｎｔｒｏ１．Ｆｉｎａｌｌｙ　ｉｔ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｔＯ　ｓｕｃｃｅｓｓ　ｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｔＯ　ｌｅａｒｎ　ｆｒｏｍ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ，ｔＯ　ｂｅ　ｏｐｅｎ　ｔＯ　ｎｅｗ　ｉｄｅａ　ａｎｄ　ｎｏｖｅｌ　ｐｒａｃｔｉｃｅ。ｔＯ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｍｅｎｔａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｐｕｔ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｂｉｎｅｆｉｔ　ｉｎ　ｃｅｎｔｒａｌ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｅｓｉｇｎ　ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ；ＣＯＳｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　（上接第５４页）　综上所述，为解决无功补偿电容器组对高次谐　波的放大，采用串联电抗器的办法。在参数选择上　要结合实际谐波背景，仔细计算，经试验验证后，进　行组合投运，力争在达到无功补偿的同时，使高次　谐波分量得到抑制。　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　Ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒｅｓｔａｉｎｉｎｇ　ｏｆ　Ｕｌｔｒａ—ｈａｒｍｏｎｉｃ　Ａｆｆｅｃｔｅｄ　ｂｙ　ｓｈｕｎｔ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ　ＺＨＡＮＧ　Ｙｏｎｇ—ｃｈｕｎ　（Ｓｈａｎｘｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔａｉｙｕａｎ，Ｓｈａｎｘｉ　０３０００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｕｌｔｒａ—ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｉｎ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｆｆｅｃｔｅｄ　ｂｙ　ｒａｃｔｉｖｅ　ｓｈｕｎｔ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ　ｉｎ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ，Ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｂｙ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｓｅｒｉｅｓ　ｒｅａｃｔｏｒ　ｉｎｔｏ　ｃｏｍｐｅｓａｓｔｉｎｇ　ｃａｐａｃａｔｏｒｓ。Ｓｏ　ａｓ　ｔｏ　ｒｅｓｔｒａｉｎ　ｕｌｔｒａ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａ—ｈａｒｍｏｎｉｃ；ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ；ｓｅｒｉｅｓ　ｒｅａｃｔｏｒ　（上接第５６页）　Ｆａｕｌｔｓ　Ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓ５—１　１５Ｕ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ｗａｎｇ　Ｓｈｕ—ｔａｎｇ　．Ｈｏｕ　Ｇｕｏ—ｄｏｎｇ　（１．Ｓｈａｎｘｉ　Ｎｏ．３　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｔａｉｙｕａｎ，Ｓｈａｎｘｉ　０３０００６，Ｃｈｉｎａ　２．Ｓｈａｎｘｉ　Ｎｏ．４　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｔａｉｙｕａｎ，Ｓｈａｎｘｉ　０３００１２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ　ｍａｋｅｓ　ｔｈｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｓａｇｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓ５—１　１　５Ｕ　ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｌｏｇｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｉｎ　Ｙａｎｇｑｕａｎ　ｓｅｃｏｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ．Ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ａｌｌ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｃａｕｓｅｓ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｂｒｅａｋｄｏｗｎ　ｆｏｒ　ｔｈｏｓｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｅｖｅｒ　ｅｘｉｓｔｅｄ　ｏｎ　ＰＬＣ　ｂｒｅａｋｄｏｗｎ、　ＰＬＣ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ　ａｎｄ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｂｌｏｃｋ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ＰＬＣ　ａｎｄ　ＤＣＳ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｏｕｔｐｕｔ　ｆａｕｌｔ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｅｔｃ．，ａｎｄ　ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｈａｎｄｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅｓｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｔＯ　ｂｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ａｎｄ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｙ　ｗｏｕｌｄ　ｂｅ　ｓｏｌｖｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｌｏｇｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｂｒｅａｋｄｏｗｎ，ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｃｙｃｌｅ，ｓｅｔｔｉｎｇ