电网的谐波抑制与无功补偿的动态无功补偿装置系统 - 谐波抑制与无功补偿的关系解析及谐波抑制对无功补偿效果的分析

　　致力于380V-35kV电网的谐波抑制与无功补偿的动态无功补偿装置系统（TSC）分析

　　

　　动态无功补偿系统（TSC）的原理及应用 ：

　　动态无功补偿装置，采用晶闸管作为投切开关，跟随负荷变化情况动态投切无功补偿电容器组、实现改善电网功率因数的实时调节，响应速度为（10mS～20mS），即可在10mS～20mS内完成所有电容组的投入切除过程。如图1，该装置能有效调整电网的无功功率，使电网的功率因数达到0.95以上；并具有显著的节能效果（25%以上）；根据现场负载无功与谐波情况，在TSC系统中采用特定的电抗器（占电容器容抗比例为5.67%~7.00%），可有效抑制谐波放大、降低TSC投切瞬间对电网的冲击，达到有效改善供电系统功率因数的目的，满足国标GB/T14549-93的相关要求。TSC一般采用过零投切，采用过零投切时电路的冲击电流为零。为了投切效果更好，必须对电容预先充电。

　　现场工况初步分析：

　　我公司采矿车间配电示意图如图2所示，其中2*630kW提升机是最主要的谐波源，其配电情况主要器件参数如下：

　　供电变压器：容量： ；短路阻抗： 6.9%；原边电压： ；副边电压： ；一次侧电流57.7A，二次侧电流874.8A。

　　提升机：额定功率： ；660V下直流提升机有2台。

　　（1）当前主要问题：

　　① 耗电较高，存在无功补偿问题；

　　②存在630kW直流提升机，故谐波主要在此；

　　③ 630kW直流提升机无功变化剧烈，需动态补偿无功，同时滤除谐波；率因数为0.9。

　　④当前10kV母线功率因数较低。

　　（2）对采矿车间630KW提升机变压器10KV侧进行了现场测试，具体数据如下：

　　①系统无功功率在（524-1216）kVar间变化；

　　②功率因数最高时只有0.63，远低于国标要求。必须补偿无功。

　　③10kV母线电流畸变率很高，最高达110%，这是10kV系统不允许的，表明10kV母线谐波十分严重。由于提升机属于直流负载，因此10kV母线谐波主要来自2台630kW提升机整流柜。为分析流入1000kVA变压器10kV侧的谐波电流是否符合国标，根据用户协议分析，当电网的公共连接点的最小短路容量不同于基准短路容量时，按下式修正的谐波电流允许值，基本转换公式如下：

　　

　　其中： －修正后的谐波电流允许值（h＝3，5，7，11，13）；

　　－基准电网短路容量，实际取值为100 MVA；

　　－实际电网短路容量， 。

　　注入1000kVA变压器10kV侧的5、11次谐波电流均超过了国家允许值，其中5次谐波超标4倍多，因此设计无功补偿装置时必须考虑谐波的治理问题。

　　分析结果：

　　考虑设计成本，采用在每台提升机660V母线配置静态滤波兼无功补偿PPF与动态无功补偿TSC相结合的治理方案，装置整体无功补偿容量1456kVar/660V，主要特点如下：

　　① 无源滤波容量为300kVar（690V），可有效滤除提升机产生的5次谐波；

　　② 动态无功补偿容量为540kVar（720V），可满足单台提升机660V侧电网的平均功率因数由0.2到0.90的无功补偿需求。

　　③ 无源滤波装置装2面柜；动态无功补偿装置装2面柜；

　　④ 可使660V电网瞬间功率因数最高达到0.95；

　　⑤ 在400V电网功率因数达到0.9的前提下，使10kV母线功率因数达到0.9以上。

　　⑥ 660V与10kV母线谐波满足国家标准；

　　⑦ 有效抑制谐波，使原有无功补偿电容器组可以投切。

　　无功补偿技术是提高电网供电能力、减少电压损失和降低网损的一种有效措施。电力电容器具有无功补偿原理简单、安装方便、投资小，有功损耗小，运行维护简便、安全可靠等优点。因此，在当前，随着电力负荷的增加，要想提高电网系统的利用率，通过采用补偿电容器进行合理的补偿，是能够提高供电质量并取得明显的经济效益的。传统的无功补偿装置（如SVC）虽然目前应用比较广泛，但由于损耗较大、自身谐波较多，技术上已显落后，目前对它的研究主要集中在控制策略上。而基于电力电子逆变技术的无功补偿装置，由于其具有响应速度快、损耗及产生谐波小、能连续大范围调节无功等诸多优点，正成为无功补偿技术的发展方向。