
在电力系统中,为了提高功率因数,减少损耗,提高用户端电压,经常使用各种无功补偿装置。传统的无功补偿装置是并联电容器组。由于电容器的阻抗是容量的,它很容易与系统中的谐波相互影响,导致谐波并联/串联谐振,放大谐波电流,损坏电容器和电气设备。
谐波
任何周期性非正弦波形都可以看作是由几种不同频率的正弦波合成的,其中频率为工作频率的波形称为基波,大于1整数倍的正弦波分量称为谐波。例如,频50Hz在系统中,频率为150Hz谐波分量为3次谐波;频率为250Hz谐波分量为5次谐波。
在电力系统中,谐波的根本原因是非线性负载。当电流通过负载时,与所增加的电压没有线性关系,形成非正弦电流,产生谐波。
谐振
在具有电阻R、在电感L和电容C元件的交流电路中,电路两端的电压通常与电流相位不同。如果调整电路元件(L或C)参数或电源频率可使其相位相同,整个电路呈纯电阻,称为谐振。在谐振状态下,电路的总电抗达到极值或近似极值。
电感与电容串联电路谐振称为串联谐振或电压谐振;并联电路谐振称为并联谐振或电流谐振。
并联谐振
并联谐振对谐波的主要影响是放大谐波电流。
当谐波源电流注入变电所母线时,在某一谐波频率下,就可能发生并联谐振。
并联谐振是由系统和并联电容组产生的谐振,其谐振频率取决于系统电抗和电容组的参数。并联谐振条件:Y=1/(jωpL) jωpC=0,得ωp=1/sqrt(LC),则fp=(1/2π)ωp=(1/2π)(1/sqrt(LC)。显然是谐波频率fn=fp并联谐振会产生。设Xln=ωnLs,Xcn=1/(ωnC),则等值电抗Xn=XlnXcn/(Xln-Xcn),Un=InXn,分支电路中的电流分别为Il=InXn/Xln,Ic=InXn/Xcn。其中,Y注入端复导纳;ωp等值电路并联谐振角频率;ωnn次谐波角频率;fp谐振频率,fnn次谐波频率。
从上述公式可以看出,当fn=fp时,Xln-Xcn≈0,Xn变电所母线的谐波电压会很高,Il、Ic电流大,谐振引起的过电压和过电流引起过载。谐振时,等效阻抗对谐波有很大的阻抗,公共连接点的谐波电压大幅增加,会严重放大七次等谐波电压,谐波电压超标,支路谐波电流大幅增加,造成谐波危害。
串联谐振
当变电站靠近大谐波源时,可能会发生串联谐振。
串联谐振是串联电抗器L和并联电容器组C产生的谐振。串联谐振条件,ωpL-1/(ωpC)=0,即ωp=1/sqrt(LC),当串联谐振发生时,电容器支路的电抗很小,电流最大,可能产生比电源电压大很多倍的高电压。因此,串联谐振也被称为电压谐振
谐振的抑制
传统无功补偿装置的电容和电力系统中的电感构成局部电感和电容电路,可能产生并联谐振,放大谐波电流,加剧谐波危害。当局部谐波电路的频率与系统中存在的某个谐波频率相似时,就会产生危险的过电流和过电压。这时可给并联电容器串一定电抗的方法,改变并联电容器与系统阻抗的谐振点,以避免并联谐振。?
对于工厂、港口光伏等现场无功补偿装置,建议使用静态无功发生器SVG无功补偿,全响应时间≤5ms,且是IGBT构成的有源补偿装置无谐振,可实现线性补偿。
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