三相整流逆變裝置
低壓動態(tài)無功補償兼諧波濾除裝置
樂清市浙江能容電力設(shè)備有限公司研制生產(chǎn)的高低壓無功補償諧波濾除裝置。適用于冶金，化工，紡織，通訊機房設(shè)備等的環(huán)境。該裝置采用了動態(tài)過零投切元件，電感和電容器組成串聯(lián)諧振吸收回路，有效的將負載產(chǎn)生的諧波加以吸收，從而避免將諧波電流返送到電力變壓器，大大降低電網(wǎng)的諧波量，同時有利于用戶電力變壓器的運行，降低功耗，提高設(shè)備和其它電器組件的可靠性。此外該設(shè)備還提供一定容量的無功功率補償，提高用戶負載的運行效率。系統(tǒng)的操作可分自動運行和手動操作。
1.2諧波的基本定義及基礎(chǔ)知識
1.2.1領(lǐng)域內(nèi)關(guān)鍵詞語的基本概念
★ 諧波：（harmonic） 對周期性交流信號量進行傅立葉級數(shù)分解，得到頻率為基波頻率大于1的整數(shù)倍的分量。我國供電系統(tǒng)頻率為50Hz，所以5次諧波的頻率為250 Hz。7次諧波的頻率為350 Hz。11次諧波的頻率為550 Hz，13次諧波的頻率為650 Hz。
★ 公共連接點：（PCC）用戶接入電網(wǎng)的連接處。
★ 總諧波畸變率：（THD）周期性交流量的諧波含量的方均根值與基波分量的方均根值之比（用百分數(shù)表示）。電壓總諧波畸變率以THDU表示，電流總諧波畸變率以THDI表示。
★ 諧波源（harmonic source）：向公用電網(wǎng)注入諧波電流或在公用電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波電壓的電氣設(shè)備。
★ 感性無功：電動機，變壓器在能量轉(zhuǎn)換過程中建立交變磁場，在一個周期內(nèi)吸收的功率和釋放的功率相等，這種功率叫感性無功功率。
★ 容性無功電容器在交流電網(wǎng)中接通時在一個周期內(nèi)，上半周期的充電功率和下半周期的放電功率相等，不消耗能量，這種充放電功率叫容性無功功率。
★ 功率因數(shù)：有功功率與視在功率的比值稱為功率數(shù)。
★ 功率因數(shù)調(diào)整電費：實行兩部分電價制度的用電企業(yè)，供電部門根據(jù)用戶平均功率因數(shù)而加收或減免的電費，稱為功率因數(shù)調(diào)整電費
1.2.2諧波的產(chǎn)生和危害
● 諧波的產(chǎn)生
諧波主要是由于大容量整流或換流設(shè)備以及其它非線性負荷，導(dǎo)致電流波形畸變造成的。我們對這些畸的變交流量進行傅立葉級數(shù)分解，即可得到50Hz的基波分量和頻率為基波分量整數(shù)倍的諧波分量。
● 諧波的危害
★ 影響供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行：供配電系統(tǒng)中的電力線路與電力變壓器，一般采用電磁繼電器，感應(yīng)式繼電器或新式微機保護進行檢測保護，在系統(tǒng)中這些屬于敏感元件，繼電器受到高次諧波的影響容易產(chǎn)生誤動作，微機保護由于采用了整流采樣電路，也及易受到諧波的影響導(dǎo)致誤動或拒動，這樣諧波嚴重威脅供電系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運行。
★ 影響電網(wǎng)的質(zhì)量：高次諧波能使電網(wǎng)的電壓與電流波形發(fā)生畸變，另外相同頻率的諧波電壓與諧波電流要產(chǎn)生同次諧波的有功功率和無功功率，從而降低電網(wǎng)電壓，增加電路損耗，浪費電網(wǎng)容量。
★ 影響供電系統(tǒng)的無功補償設(shè)備：供電系統(tǒng)變電站均有無功補償設(shè)備，當(dāng)諧波注入電網(wǎng)時容易造成高壓電容過電流和過負荷，使電容異常發(fā)熱：另外諧波的存在還會加快電容器絕緣介質(zhì)的老化，縮短電容的使用壽命。
★ 影響電力變壓器的使用：諧波的存在會使電力變壓器的銅損和鐵損增加，直接影響變壓器的使用效率；還會造成變壓器噪聲增加，縮短變壓器的使用壽命。
★ 影響用電設(shè)備：諧波的存在會造成異步電機電動機效率下降，噪聲增大；使低壓開關(guān)設(shè)備產(chǎn)生誤動作；對工業(yè)企業(yè)自動化的正常通訊造成干擾，影響電力電子計量設(shè)備的準確性。
1.2.3治理諧波及補償無功功率的重要性
采用專門的濾波裝置能夠有效的濾除高次諧波，同時向電網(wǎng)提供容性無功功率，其重要性主要表現(xiàn)在以下方面：
★ 濾除高次諧波能夠凈化用電環(huán)境，降低視在功率，減少諧波電流在用電設(shè)備和輸配電設(shè)備中的發(fā)熱，直接節(jié)省有功功率；消除由于諧波產(chǎn)生的震動，延長電器的使用壽命；有效的消除對敏感元件的影響。
★ 由于濾波回路是由電抗器和電容器串聯(lián)形成的，所以在濾波的過程中能向電網(wǎng)注入容性無功，提高了功率因數(shù)，這樣就能避免供電部門高額的功率因數(shù)調(diào)整電費，由于無功電流的抵消，也相當(dāng)于提高了配電設(shè)備的容量，減少了線損。無功功率補償還能提升末端的電網(wǎng)電壓，對優(yōu)化用電環(huán)境有很重要的意義。
在設(shè)計濾波器時，首先應(yīng)滿足各種負載水平下對諧波限制的技術(shù)要求，然后在次前提下，使濾波器在經(jīng)濟上*為合理。除以上經(jīng)濟分析外，設(shè)計濾波器還應(yīng)注意以下兩點：
1）單調(diào)濾波器的諧振頻率會因電容，電感參數(shù)的偏差或變化而改變，電網(wǎng)頻率會有一定的波動，這將導(dǎo)致濾波器失諧。設(shè)計時應(yīng)保證在正常是諧的情況下濾波裝置仍能滿足各項要求。
2）電網(wǎng)阻抗變化對濾波裝置尤其是其中的單調(diào)諧濾波器的濾波效果有較大影響，而更為嚴重的是，電網(wǎng)阻抗與濾波裝置有發(fā)生并聯(lián)諧振的可能，設(shè)計時應(yīng)充分予以考慮。
1.3項目業(yè)主有關(guān)情況
提供設(shè)備數(shù)據(jù)如下：
1） 負載性質(zhì)：主要為三相橋式硅整流——逆變裝置
2） 負載功率：500-600kW
3） 平均功率因數(shù)：0.4左右
4） 變壓器參數(shù)：
容量：1250kVA 額定電壓：10/0.4kV 阻抗電壓：6% 接線組別：Dyn11
5） 總諧波電壓占比：17.5%
6） 總諧波電流占比：27%左右
其中，5次電流=20.5% 7次電流=14.5%
擬建的TSF型諧波治理裝置要求安裝在安裝在變壓器400V側(cè)。
方案設(shè)計、設(shè)備選型
2.4.1方案設(shè)計、設(shè)備選型
2.4.1.1基波補償容量及安裝容量的確定
本方案的濾波補償以較大的600kW有功功率下的諧波狀態(tài)及無功補償需求，基波補償容量按下面公式計算。
Q＝P（－
）
用戶負載的有功功率取600KW，功率因數(shù)取0.4，補償?shù)?.92，實際需要無功需求量1119kvar；
經(jīng)我公司分析計算，結(jié)合我公司以往對其它相同項目的設(shè)計經(jīng)驗，本方案設(shè)計在變壓器低壓側(cè)加裝一套低壓無功補償兼諧波濾除裝置，濾波裝置基波補償容量為1120kvar（能滿足用戶月平均功率因數(shù)在0.92以上），裝置共分為5，7,11三條濾波支路。由于考濾到濾波裝置投入后吸收大量諧波電流注入各濾波支路，因此濾波補償裝置在滿足基本補償容量的同時，必須得加大安裝容量，本方案設(shè)計系統(tǒng)總安裝容量為1800kvar。
由于系統(tǒng)中的實際諧波發(fā)生量非常大，在相同基波的補償容量下，采用5，7，11組合有利于對系統(tǒng)的實時無功補償及*大限度吸收5，7，11次諧波電流，同時避免對其它次諧波產(chǎn)生放大。仿真給出系統(tǒng)諧波電流前后對比圖，5，7，11次諧波含量均有大幅度的吸收，對于3次諧波稍微有大約1.1倍的放大，由于系統(tǒng)中3次諧波分量本身就比較小，故不會產(chǎn)生太大影響，各次諧波電流含量均控制在國標規(guī)定值以內(nèi)。
上計算表按照單投切一組(H5,H7，H11)時，該組濾波器電容對0.4KV 母線諧波電流和基波電流的承受能力。故為避免特征諧波放大。手動操作時對投切次序有一嚴格要求，一般情況下H5、H7,H11支路同時投入時（先后相間0.5~1分鐘）投入順序：H5-H7-H11；切除相反，H11-H7-H5。
