低压变频器的谐波治理和无功功率补偿

　　法，滤波与无功补偿装置的结构、原理和自动控制。

　　1变频器的谐波治理与无功功率补偿的意义变频器供电负荷电流按傅立叶级数可以分解为基波有功电流、基波无功电流、谐波和间谐波电流。基波无功电流占用电网容量，导致网压波动，在供配电设施中产生热损耗，降低了供配电设施运行可靠性。谐波和间谐波的集肤效应使输电线等效截面积变小，线路损耗加；铁芯中附加高频涡流损耗，导致电网电压波形畸变和辐射干扰，引起同一电网下其它负载出力减小，损耗加，甚至误动作。

　　变频器用量较大的企业，用电容器直接进行无功功率补偿虽然可以大副度降低基波无功电流，但是必然出现谐波放大现象。为避免谐波放大，谐波治理与无功功率补偿必须同时进行。

　　-1993电能质量公用电网谐波》规定了谐波源用户向电网注入谐波电流的允许值，如果任何一次谐波电流超出规定值，要求用户采取抑制措施。这是使用变频器的企业用户应该遵守执行的。

　　2变频器的类型和谐波特征21按有无中间直流环节分类211交-交变频器电网通过可控硅三相可逆整流桥给变频器供电，功率因数很低。电流不仅包含6n*1次谐波（=1、2、3…），还在特征谐波附近出现间隔为变频器输出频率的间谐波。

　　212交-直-交电流型变频器电网通过可控硅三相全控桥给变频器供电，功率因数角约等于控制角a供电电流包含6n*1次谐波（n=1、2、3…），并且在直流电流无脉动的理想情况下，n次谐波电流含量是基波电流的1A实际上，直流电流脉动导致5次谐波和7次谐波含量加，大于7次谐波的高次谐波含量减少。

　　213交-直-交电压型变频器电网通过三相二极管整流桥给变频器供电，功率因数大于097.由于二极管整流桥仅在网压峰顶开通，对电容器充电，电流波形是导通角较窄的尖峰。供电电流包含6n*1次谐波（《=1、2、3…）谐波含量随进线电抗和直流滤波电抗的电感量加而减少。一般来说，加电抗器后5次谐波、7次谐波、11次谐波和13次谐波仍然占22按整流脉波数分类2216脉波整流主要用于各种电流源型变频器。这种整流电路结构简单，但是输入电流中含有很高的谐波分量，输入电流的5次谐波可达20%，7次谐波可达12%，由于晶闸管的快速换相会产生一定的高次谐波，可达35次以上，这种整流电路的谐波电流总畸变率大于30%.一般适用于变频器占电网负荷较小比例下安装。

　　22212脉波整流整流器由两组晶闸管整流桥串联而成，分别由输入变压器的两组副边（星型和三角形，互差30*电角度）供电。这种整流电路的优点是把整流电路的脉冲数由6脉冲提高到12脉冲，带来的好处是大大降低了5次和7次谐波电流；12脉冲整流谐波电流总畸变率约为10%左右。虽然12脉冲整流电路的谐波电流比6脉冲结构大大下降，但也不能达到IEEE519 -1992标准规定的在电网短路电流小于20倍负载电流时谐波电流总畸变率小于5%的要求。

　　由三组晶闸管整流串联而成，变压器三组副边均为三角形，互差20*电角度。这个整流电路具有12脉波整流的优点，但其总谐波电流失真小于5.6%总谐波电压失真小于2%基本符合EEE519-1992标准规定，无需安装谐波滤波装置。24脉整流，输入谐波也会随着降低，但会导致系统结构复杂，成本加。实际使用中12脉波以上整流在工矿应用很少。

　　3变频器供电系统的谐波治理与无功功率补偿方法交-交变频器对电网有较大的谐波电流注入。

　　其中电流源型变频器（包括6脉波结构和12脉波结构）有较大的输入谐波电流，一般要设置滤波器才能满足电网对谐波限制的要求，其负荷功率因数较低，且会随着转速的下降而降低，一般都要设置功率因数补偿装置。电压源型变频器在6脉波输入结构时，输出谐波电流较大，需要采取滤波措施；12脉波结构时，输出谐波电流接近标准要求，在要求不是很高的场合可以直接使用，其负荷功率因数较高，一般不必采取功率因数补偿措施。

　　变频器供电系统的谐波治理与无功功率补偿装置分为：a含需要次滤波器的自动投切滤波补偿装置。b串接6%电抗器的无功自动补偿装置。c固定投入各次谐波滤波装置。d有源滤波装置。

　　无功补偿滤波装置要根据使用的变频器类型、数量和周边用电设备的电能质量要求高低以及具体工厂的经济能力综合考虑、选择。

　　4变频器供电系统自动滤波补偿装置的应用实例浙江浪莎集团新厂区1主变用电负荷主要是变频调速装置、电机（单机11W的6脉波电流源型变频器2300台、单机5 51W的6脉波电流源型变频器10台、17001W交流电机负荷），在整流装置供电系统中安装有三相全波整流器，故供电系统中将存在大量的高次谐波，其特征谐波次数为5次、7次、11次、13次、17次、19次、23次、25次等。04kV侧装有500kvai无功补偿设备。

　　2005年9月29日实际测试结果：电流谐波含有率*大为3、57、9、11和13次为主要谐波，其值分别为：33根据计算机辅助设计和系统仿真计算通过精心的滤波参数配置和反复论证，确定在04kV侧安装一套滤波器，起到吸收谐波电流、降低谐波电压含有率、改善电压总谐波畸变率的功能，考虑到现己有的电容补偿装置，从使用单位的经济角度出发，本设计中己将这部分无功容量在无功补偿总量中基本扣除，采用先投谐波滤波装置，在功率因素还达不到要求时再投常规电容补偿的联合控制动作方式，这样即能满足企业无功补偿的要求，又能为企业节约不少的投资成本。为满足上述要求，装设了自动滤波补偿装置，该装置的自动控制程序引入了模糊数学控制理论，在控制边界上进行了自适应模糊数学处理，具有良好的无功负荷跟随性能和滤波自适应性能。

　　主接线、7次三条单调谐滤波支路，安装电480kvar主接线图如其特点是采用真空接触器投切滤波器，满足了大电流切换和频繁操作的要求；采用RXK滤波器自动控制器满足了滤波器投切和原有无功补偿设备自动控制的要求；滤波支路设置了过电压、欠电压、过电流、短路和缺相保护，满足了设备安全运行的要求；采用干式空心可调电抗器和全膜油浸电容器保证滤波器的长久、有效、安全运行。

　　装置运行后，不仅使功率因数大于0受被征电费之苦；而且使谐波电流和网压畸变率-1993国家标准，提高了生产效率和产品合格率、降低了设备维护。滤波前后的谐波电流值如下表。

　　波次数谐波电流国标限值（A）实测谐波电流（A）滤波后谐波电流（A）H（次数）谐波电流国标限值（A）实测谐波电流（A）滤波后谐波电流（A）