TSC动态无功补偿和谐波治理滤波器优化设计分析

2014-04-18张欣

科技传播 2014年12期

张欣

吉林省石油化工设计研究院，吉林长春 130021

由于使用电设备与电网供电之间会存在大量的谐波，而谐波不仅影响着电网供电工作，而且还会烧毁电气设备，本文通过计算得出各次谐波低于我国国家标准谐波电流值，从而对无功补偿装置的滤波补偿电路进行优化设计，不仅能够提高电网功率因数而且还可以稳定电压，对于谐波而言更有着抑制效果。因此，治理谐波滤波器优化设计势在必行，从而促进高性能无功补偿装置的发展。本文主要就滤波补偿电路优化设计进行综合论述，并且对TSC动态无功补偿和谐波治理进行分析，从而更加表明滤波器优化设计是可行的。

1 关于滤波补偿电路优化设计

1.1 分析滤波补偿电路谐波治理

滤波补偿电路由检测电路、13次谐波、11次谐波、7次谐波、5次谐波以及控制（触发）电路组成，通常是采用三相式整流桥的整流电路，如果整流桥周期呈现对称工作时，则含有6k±1次谐波，谐波次数越大，幅度越小。

图1 滤波补偿电路示意图

滤波补偿电路包含的各次谐波滤波器不仅对各次谐波进行抑制，而且对基波功率因素有所提高，接下来本文将滤波补偿电路谐波治理原理进行介绍分析。

将变压器的基波漏抗设为X1，其变压器短路阻抗为Rt，滤波补偿单元h次，滤波器基波感抗用Xl[h]表示，h次滤波器电容基波容抗用Xc[h]表示，h谐波滤波器的短路阻抗用Rh表示，第h次谐波电流用Ih表示（如图2所示），另外，通常在电路中将变压器漏感抗进行忽略不计。由于考虑到滤波器的频率品质因数以及其频率失调等因素，因此品质因数取值在50到100之间的，在这里滤波器的阻抗也将忽略不计。如果滤波补偿单元h次滤波器基波感抗与xl[h]/h相等的话，则谐波滤波器处于串联谐振状态，同时变压器谐波电流为0。如果二者之间的差越小则流入变压器的谐波电流就越小。

图2 谐波滤波器等效电路

国家谐波电流标准如下：5次谐波电流允许值为62A；7次谐波电流允许值为44A；11次谐波电流允许值为28A；13次谐波电流允许值为24次。

1.2 分析滤波补偿电路无功补偿

滤波补偿电路不仅可以对各次谐波进行治理而且对基波功率因数还能有所提高，如果各次谐波滤波器对基波呈现电容性，则出现感性负载，因此，需要快速、准确补偿无功利率，对电容器范围进行细化，从而实现对滤波补偿电路进行无功补偿。

1.3 关于滤波补偿电路参数设计

对于基波而言，其容抗值远远超过基波感抗值、阻抗值，通过全投切电容状态进行设计，并计算出各滤波器电容大小，最后每个滤波器都近似为纯电容。

2 分析TSC动态无功补偿和谐波治理装置

TSC动态无功率补偿和谐波治理装置包括微机控制单元、检测单元、触发单元等等（如图3所示）。微机控制单元通过电网电压检测可以确定控制模式，例如：若实际电网电压小于设定的电网电压时，则要加大补偿基波无功功率，从而使得功率因素接近于1；若实际电网电压大于设定的电网电压时，就要相应的减少补偿基波无功功率，从而减少电容投切量，使得电压接近于设定的电网电压；若滤波器撤出电网，则电容状态也被撤出，电网电压将自动会进入保护模式。

3 滤波补偿电路应用以及实验测试

假设一个变压器A与变压器B并联运行，变压器A、B参数以及负数情况满足于我国国家标准规定的允许谐波电流值，则可以通过计算得出变压器二次侧各次谐波允许值，因此，可以通过得到的各次谐波允许值是否在国家允许的各次谐波允许值范围之内，则相应的选择其谐波允许值。

4 关于TSC动态无功功率补偿

TSC动态无功功率补偿，是指通过微机根据负载无功变化而进行控制动态跟踪，从而保证滤波补偿单元电容，从而更好的为中小企业控制投资成本效益，为中小企业带来可持续发展的局面。

对于TSC动态无功功率补偿装置设计而言，主要有主回路设计与控制系统设计两种。主回路设计是指主回路中动态滤波能够快速、准确的补偿单元无功功率，由于目前大型企业只是简单的提到应用TSC进行无功功率补偿与谐波治理，但是没有提到过关于谐波滤波器的设计。另外一方面，根据负载情况不同以及无功谐波不同而导致谐波滤波器设计不一样，因此，对于大企业设计的谐波滤波器不能适用于中小企业。于是本文针对中小型企业变压器等负载情况，并通过对TSC动态无功功率补偿方式滤波补偿电路进行优化设计。通过TSC就地动态无功补偿和谐波治理装置控制实验测出，其基波功率因数设定值为0.95，并且符合国家标准规定范围之内，因此，可以进行分析滤波补偿电路优化设计。