精品补偿滤波装置.docx
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精品补偿滤波装置
无功补偿兼滤波装置
一、无功补偿
●无功补偿概述
交流电在通过纯电阻的时候，电能都转成了热能，而在通过纯容性或者纯感性负载的时候，并不做功。
也就是说没有消耗电能，即为无功功率。
当然实际负载,不可能为纯容性负载或者纯感性负载,一般都是混合性负载，这样电流在通过它们的时候，就有部分电能不做功，就是无功功率,此时的功率因数小于1，为了提高电能的利用率，就要进行无功补偿.
电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性电抗,在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。
在电网中安装并联电容器、同步调相机等容性设备以后，可以供给感性电抗消耗的部分无功功率小电网电源向感性负荷提供无功功率。
也即减少无功功率在电网中的流动，因此可以降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗，改善电网的运行条件.这种做法称为无功补偿。
电力系统的负载大多是电感性的，会消耗无功电力，使得负载电流相位滞后于电压，相角差越大，无功电力需求越大，要供给固定的有功功率,势必提高电流而增加线路损耗。
同时，电力网络中的用电设备消耗的无功功率也必须从网络中某个地方获得，显然，这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的,通常也是不可能的。
合理的方法应该是在需要无功功率的地方产生无功功率。
因此在配电系统里几乎都使用电容器来补偿负载所需的无功功率,以改善功率因数.
●无功补偿的发展历程
传统的无功补偿技术
1）发电机：
进相（欠励磁）运行，降低发电机的有功出力，非常昂贵.
2）同步调相机：
无功功率发电机，可吸收或发出无功；设备投资大起动，运行，维护复杂.
3）并联电容补偿：
应用最广,可永久连接或用开关连接；不能连续调节，负载特性差（QC=ωCU2）对谐波有放大作用，只能发出无功.
4） 并联电抗补偿：
吸收充电功率,线路末端和中间；不能连续调节，只能吸收无功。
5）静止无功补偿装置（SVC）：
近年来获得了很大的发展,已广泛应用于负载无功补偿.其典型代表是固定电容器＋晶闸管控制电路控制电抗器（FixedCapacitor＋ThyristorControlledReactor——FC＋TCR）。
晶闸管投切电容器（ThyristorSwitchedCapacitor—-TSC）也获得了广泛的应用。
静止无功无功补偿装置的一个重要特性就是它能连续调节补偿装置的无功功率.这种连续调节是依靠调节TCR中的晶闸管的触发延迟角得以实现的.TSC只能分组投切，不能连续调节无功功率，它只能和TCR配合使用，才能整体调整无功功率的连续调节。
由于具有连续调节的性能且响应迅速，因此SVC可以对无功功率进行动态补偿，使补偿点电压接近维持不变。
●无功补偿的原理
无功补偿的原理是把负荷等效成电压源。
通过“抵消”一部分的感性无功电流，使之注入上一级PCC（公共连接点）总的无功电流减小.（利用公式可更直观的解释：
功率因素提高了）
●无功补偿的作用
使用无功补偿后，用用户可以收到以下效果：
一、减少电力损失，一般工厂动力配线依据不同的线路及负载情况，其电力损耗约2％-—3%左右，使用电容提高功率因数后，总电流降低，可降低供电端与用电端的电力损失。
二、改善供电品质,提高功率因数,减少负载总电流及电压降。
于变压器二次侧加装电容可改善功率因数提高二次侧电压.
三、延长设备寿命.改善功率因数后线路总电流减少，使接近或已经饱和的变压器、开关等机器设备和线路容量负荷降低，因此可以降低温升增加寿命（温度每降低10°C，寿命可延长1倍）
四、最终满足电力系统对无功补偿的监测要求，消除因为功率因数过低而产生的罚款.
二、谐波滤波
●谐波滤波概述
谐波是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量,还得到一系列大于电网基波频率的分量,这部分电量称为谐波。
谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1）称为谐波次数。
电网中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波（Non-harmonics）或分数谐波。
谐波实际上是一种干扰量,使电网受到“污染”.电工技术领域主要研究谐波的发生、传输、测量、危害及抑制，其频率范围一般为2≤n≤40。
●滤波的发现历程
有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已经奠定了良好的基础。
傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。
电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。
当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。
1945年J。
C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文.到了50年代和60年代,由于高压直流输电技术的发展，发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文。
70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。
世界各国都对谐波问题予以充分和关注.国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议,不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。
●谐波的产生
谐波产生的根本原因是系统中某些设备和负荷的非线性特性，即所加电压与产生的电流不呈线性关系而造成波形畸变。
理想的公用电网所提供的电压应该具有单一而固定的频率和规定的电压幅值,但当系统的正弦波形电压加在非线性负载上时,产生的电流为非正弦波形,波形的畸变即产生了谐波电流，谐波电流又影响端电压，使电压波形发生畸变从而产生谐波电压。
这些向电网中注入谐波电流和产生谐波电压的电气设备即为谐波源。
电网中的谐波源大体分为两种类型：
一类为含有半导体元件的各种电力电子设备,如各种整流、逆变装置和晶闸管可控开关设备等，它们按一定的规律开闭不同电路,将谐波电流注入电网；另一类为含有电弧和铁磁非线性设备的谐波源，如荧光灯、电弧炉和各种铁心设备包括变压器、电抗器等。
家用电器设备分属于上述两类谐波源,虽然其容量小，但数量巨大，因此也是不可忽视的谐波源.此外，对于电力系统三相供电来说，三相不平衡负荷也是典型的谐波源，使电力系统的电流和电压波形产生畸变。
电网谐波来自于3个方面：
1）是发电源质量不高产生谐波：
发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少.
2）是输配电系统产生谐波：
输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形,因而含有奇次谐波。
它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。
铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大,其中3次谐波电流可达额定电流0。
5%。
3）是用电设备产生的谐波:
晶闸管整流设备。
由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用,给电网造成了大量的谐波。
我们知道，晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波.如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30%；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。
如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流；如果是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。
经统计表明：
由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。
变频装置。
变频装置常用于风机、水泵、电梯等设备中，由于采用了相位控制，谐波成份很复杂，除含有整数次谐波外，还含有分数次谐波,这类装置的功率一般较大，随着变频调速的发展,对电网造成的谐波也越来越多。
电弧炉、电石炉.由于加热原料时电炉的三相电极很难同时接触到高低不平的炉料，使得燃烧不稳定，引起三相负荷不平衡,产生谐波电流，经变压器的三角形连接线圈而注入电网.其中主要是27次的谐波，平均可达基波的8%20％，最大可达45％.
气体放电类电光源。
荧光灯、高压汞灯、高压钠灯与金属卤化物灯等属于气体放电类电光源.分析与测量这类电光源的伏安特性，可知其非线性十分严重，有的还含有负的伏安特性，它们会给电网造成奇次谐波电流。
●谐波造成的危害
设备发热、损耗增大
振动增加、噪声加大
电容烧毁、计量不准
场强提高、寿命缩短
继保误动、干扰通信
生产不稳、质量下降
●谐波滤波的原理
滤波的原理是把谐波源等效成一个电流源，利用分流的方式滤除注入上一级PCC的谐波电流，同时要注意防止谐波放大.
无源滤波器由滤波电容器和滤波电抗器串联而成，并调谐在某个特定的谐波频率。
滤波器对其所调谐的谐波来说是一个低阻抗的“陷井”,可吸收掉对应的谐波。
滤波器的分组需进行精密计算,既要满足滤除谐波的要求，也要满足无功补偿要求，同时还要防止在某一整数次频率下由于滤波器与系统阻抗发生并联谐振而产生的谐波电流放大。
公司自主开发了新一代多支路调谐设计软件和仿真软件，对任何一个客户，公司都会按照其实际情况进行详细的方案设计和计算仿真。
●节能效益
（1） 提高配电变压器的有功输出能力，充分利用变压器的安装容量。
（2） 滤除谐波、降低线路和配电变压器的损耗，延长变压器的寿命。
（3） 稳定系统电压，改善运行条件,提高产品质量.
（4） 减少电费支出，降低生产成本.
A、 降低电网传输和分配无功功率造成的有功功率损耗。
B、 避免因功率因数cosφ过低而受罚，达到0.9以上还可以得到电费奖励
功率因数
调整数（％）
功率因数
调整数（％）
功率因数
调整数（%）
>0。
95
—0.75
0.87
+1。
5
0.78
+6.0
0.95
-0。
75
0。
86
+2。
0
0。
77
+6.5
0.94
—0。
60
0。
85
+2。
5
0.76
+7。
0
0.93
—0。
45
0.84
+3。
0
0。
75
+7.5
0。
92
-0.30
0.83
+3.5
0.74
+8。
0
0.91
-0。
15
0。
82
+4。
0
0.73
+8.5
0。
90
0
0.81
+4.5
0。
72
+9。
0
0.89
+0.5
0.80
+5。
0
0.71
+9.5
0。
88
+1.0
0.79
+5。
5
0.70
+10。
0
《变压器损耗及功率因数计算方法和查对表》正数表示增收，负数表示减收。
例：
供电部门每月向企业收取的电费主要由三部份组成：
①基本电费=主变压器容量（kVA）×18（元/kVA/月）
②电量电费=有功电度（kW。
h）×单价（元/kW.h，分峰谷平段）
③力调电费=（基本电费+电量电费）×调整系数
例：
某企业总负载功率为1000kW，同时负荷率为85%，负荷平均功率因数0.7。
方案一：
现有的功率因数条件下，变压器的选择容量为：
W1=1000×0.85÷0。
7＝1215（kVA）需选择1250kVA变压器。
方案二：
将功率因数提高到0.9以上,变压器选择容量为:
W2=1000×0。
85÷0。
9＝944（kVA）仅需选择1000kVA变压器。
方案二和方案一比较
每年省基本电费
18×（1250—1000）×12=54，000元
假设每月实际电量电费12万，则其每年省力调电费
（18×1250+120，000）×10％×12=171，000元
减少无功电流造成的变压器和传输线路的有功损耗
1－（0。
7/0.9）2=39。
5%
三、无功补偿兼滤波的应用场合
●谐波来源
晶闸管整流设备（冶炼、轧钢、电镀等）、变频装置（中频炉，变频器等）、电弧炉、电石炉、气体放电类电光源、计算机、家用电器。
四、具体产品
接触器投切型低压动态无功补偿兼滤波装置（MSF）
由智能控制器控制接触器动态投切滤波器的装置，集谐波治理、无功补偿与电网监测于一体.
该装置具备以下特点：
·实时动态跟踪补偿负荷变化进行无功补偿和谐波滤除；
·采用接触器作为投切开关,损耗低；
·动态响应速度一般在0.2～0.4S；
·可设置延时0～120S;
·能够实时监测电网的电压、电流、功率因数等数据;
·具有完善的过压、欠压、缺相、过流、短路等保护措施；
·具有手动、自动切换功能，可实现循环投切,编码投切,顺序投切等；
·可设计成2次、3次、5次、7次、11次等单调谐或高通滤波器。
典型应用场所
MSF可有效提高电能质量和充分利用系统容量。
典型适用对象有:
轧钢企业交直流传动电机、中频炉、高频加热电源设备、电镀设备、陶瓷加工等。
晶闸管投切型低压动态无功补偿兼滤波装置（TSF）
由智能控制器控制晶闸管动态投切滤波器的装置，集谐波治理、无功补偿等电能质量综合治理与电网监测于一体。
该装置具备以下特点：
·实时动态补偿电网中的无功功率、滤除电网谐波；
·具有分相补偿控制功能,可对三相不平衡负荷进行无功补偿、滤波；
·对于三相有功不平衡负荷还具有平衡三相有功的功能;
·采用晶闸管作为投切开关,动态响应速度快（25～40ms）；
·能够实时监测电网的电压、电流、频率、功率因数等运行数据；
·具有完善的过压、欠压、缺相、过流、短路、声光报警等保护措施；
·具有手动、自动切换功能,可实现：
循环投切，编码投切，顺序投切等;
·在晶闸管两端电压过零时投入滤波支路，实现投入时无合闸涌流、切断时无电弧重燃、无需放电即可再投；
·可设计成2次、3次、5次、7次、11次单调谐或高通滤波器；
典型应用场所
TSF能快速补偿无功和滤除谐波，可有效提高电能质量和充分利用系统容量。
典型适用对象有：
轧钢企业交直流传动电机、电焊机群、中频炉、高频加热电源设备等。
高压无功补偿兼滤波装置
高压无功功率自动补偿装置是适应变电站综合自动化水平提高所研制的新型产品。
该装置能根据电网电压及功率因数的变化情况，依据九域图原则，对变压器有载分接开关及电容器组进行综合自动控制，确保变电站母线电压自动保持在合格范围内，实现无功的就地平衡，有效减少无功损耗和谐波污染.
高压无功功率补偿兼滤波装置主要用于6kV、10kV及35kV供电的冶金化工等行业有谐波源的场所，是实现变电站无人值守及旧站改造的首选产品.
装置功能特点
·装置从变压器高压侧采集电流信号，从变压器高压侧和低压侧采集电压信号。
当电网的电压或功率因数不在设定的上下限范围时，控制器根据九域图原则，会自动对真空接触器发出投切电容支路的命令。
从而提高电网电能质量、降低线损；
·采用先进二进制数码分组方式，电容器可按1：
2：
4容量分组，以最少的分组，最少的高压开关来实现最多级数的调容，具有很好的性能价格比；
·按调谐次数可分为2次、3次、5次、7次、11次等滤波支路。
核心补偿设备电容器和电抗器参数可根据用户要求灵活设计，既能有效的限制合闸涌流，保护频繁投切的电容器，还能起滤除谐波的作用；
·装置柜体采用组合式柜体结构，外型美观，组合方便，实用性强,设计上完全满足“五防”要求；
·电压无功控制器及二次元件集中装在控制屏上,控制屏可放于变电站的主控室内，方便与综自装置及用户各种信号的连接。
也可以独立放于电容器室内；
·既可以实现电压无功的综合控制，又可在主变不具备有载调压条件时单独控制补偿电容器无功容量投切；
·具有自动控制，手动操作,远方控制多种工作方式；
·能实时显示主变低侧电流、电压、功率因数及电容器的投切状态；
·针对每一组电容器提供独立的开口三角电压保护信号或不平衡电流保护信号;
·自动化程度高,操作方便;
根据用户要求，可配置新型控制器控制真空接触器，自动投切电容器组的装置。
典型应用场所
高压无功功率补偿兼滤波装置主要用于6kV、10kV及35kV供电的冶金化工等行业有谐波源的场所，是实现变电站无人值守及旧站改造的首选产品。
高压静止式动态无功补偿装置SVC
近年来，随着现代工业的发展，一方面，多种工业负荷，特别是各种基于电力电子技术的设备、交流电弧炉、大型升降机、电气化铁路以及轧钢机等，由于其非线性和不平衡的用电特性，使供电网的电压波形发生畸变，引起电压的波动、闪变以及三相不平衡，甚至引起系统频率的波动，而且向系统注入大量的高次谐波，对电网的电能质量构成了严重的威胁。
另一方面,配电网中的许多用电设备，例如计算机、医用设备以及其它精密电子设备对系统的干扰更加敏感,对电能质量提出了高可靠性、高暂态稳定性、高可控性的要求。
输配电网存在的上述问题实质上就是无功分布的问题，解决上述问题的途径是进行无功补偿和谐波抑制.经过几年的努力,高晟电力科技有限公司将先进的瞬时无功理论应用于SVC装置中,成功研制出6kV、10kV、27。
5kV、35kV电压等级的大功率水冷式高可靠性的静止式动态无功补偿装置（SVC）.该装置可以自动跟踪补偿电网无功波动，有效抑制闪变、提高功率因数、增强系统稳定性、改善电能质量。
装置功能特点
·实时跟踪电网参数的变化或负荷的变化，快速平滑地控制装置的三相无功输出,以稳定和平衡电网电压，提高电网功率因数;
·降低线路损耗,增加输电线路的输送能力；
·提高电网的静态和暂态稳定性，降低工频过电压和谐振过电压;
·用于系统补偿的静补装置，对电网参数变化的响应时间不超过20ms,调整时间不超过60ms；用于负荷补偿的静补装置，对负荷变化的响应时间不超过10ms,调整时间不超过60ms；
·完全自动控制，具有远控功能上位机,符合无人值班变电站的要求；
·采用彩色触摸屏作为人机界面，操作直观方便；
·具有自动控制，手动操作，远方控制多种工作方式；
典型应用场所
SVC典型适用对象有：
轧钢企业交直流传动电机、轧机、电弧炉、电力机车和区域变电站设备等。
·附录：
国标规定的计算方法
·国家标准号GB/T14549-1993『电能质量公共电网谐波』
·波电流值计算
PCC点的全部用户向该点注入的谐波电流分量（均方根值）不应超过表1中规定的允许值。
标准电压kV
0.38
6
10
35
66
110
基准短路容量MVA
10
100
100
250
500
750
谐
波
次
数
对
应
谐
波
电
流
允
许
值
2
78
43
26
15
16
12
3
62
34
20
12
13
9。
6
4
39
21
13
7.7
8。
1
6.0
5
62
34
20
12
13
9。
6
6
26
14
8。
5
5.1
5.4
4。
0
7
44
24
15
8。
8
9。
3
6.8
8
19
11
6.4
3。
8
4.1
3。
0
9
21
11
6.8
4。
1
4.3
3.2
10
16
8.5
5.1
3。
1
3.3
2.4
11
28
16
9。
3
5。
6
5。
9
4.3
12
13
7.1
4.3
2.6
2.7
2.0
13
24
13
7。
9
4。
7
5.0
3.7
14
11
6。
1
3.7
2。
2
2.3
1.7
15
12
6。
8
4.1
2.5
2。
6
1。
9
16
9.7
5.3
3。
2
1.9
2.0
1。
5
17
18
10
6。
0
3。
6
3.8
2.8
18
8。
6
4.7
2。
8
1.7
1。
8
1.3
19
16
9.0
5。
4
3.2
3.4
2。
5
20
7。
8
4。
3
2.6
1.5
1.6
1。
2
21
8。
9
4.9
2.9
1.8
1.9
1。
4
22
7。
1
3。
9
2.3
1。
4
1。
5
1.1
23
14
7。
4
4.5
2。
7
2.8
2。
1
24
6。
5
3。
6
2.1
1.3
1。
4
1.0
25
12
6.8
4。
1
2。
5
2.6
1。
9
PCC点的最小短路容量不同于表1基准短路容量时，按下式修正表1中的谐波电流允许值：
式中，
—PCC点的最小短路容量，MVA；
—基准短路容量,MVA；
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