低压成套无功补偿装置抑制谐波或滤波功能验证试验研究＊

2023-10-17李涛魏慧慧刘艳骆富保那琰

电气传动自动化 2023年5期

李涛，魏慧慧，刘艳，骆富保，那琰

（甘肃电器科学研究院，甘肃天水 741018）

电力系统在运行过程中会产生大量的无功功率，由于大多数用电设备都可以等效为感性负载，所以电力系统中的无功功率以感性无功功率为主。无功功率过剩会降低发电机出力、增加电能损耗、降低供电效率，为了改变这种状况，必须要进行无功补偿，如并联电容器产生容性无功来中和电力系统中的感性无功，使电力系统中的无功功率达到平衡。

在理想的情况下，电力系统应向用户提供频率为50Hz（或60Hz）的交流电，但在实际的电力系统中，由于电力电子设备及其他非线性负载的大量使用，使得电网电压、电流波形产生了畸变，出现了各种频率等于基波整数倍的其他正弦分量，也就是谐波。谐波会产生电能质量降低、增加系统损耗、损坏电力设备、干扰通信系统等多种危害，严重影响电力系统的安全稳定运行。按照电力部门谁污染、谁治理的原则，为了对电力系统中的谐波进行抑制或消除，现阶段许多用户选择采用具有抑制谐波或滤波功能的低压成套无功功率补偿装置，其在进行无功补偿的同时也进行谐波治理。

1 谐波限值

由于谐波会影响电力系统的安全稳定运行，国家标准中对谐波限值也做了要求。1993 年，原国家技术监督局发布了GB／T 14549-1993《电能质量公用电网谐波》，对电网公用连接点的全部用户向该点注入谐波电压（相电压）、谐波电流（方均根值）限值给出了详细的要求［1］，并给出了如式（1）所示的当电网公共连接点的最小短路容量不同于基准短路容量时的修正换算公式，用户可以据此计算出不同系统的谐波限值，并确定出谐波治理要求。

式中：Sk1为公共连接点的最小短路容量；Sk2为基准短路容量；Ihp为第h 次谐波电流允许值；Ih为短路容量为Sk1时的第h 次谐波电流允许值。

2 试验要求

根据国家标准GB／T 15576-2020《低压成套无功功率补偿装置》、国家电网公司企业标准Q／GDW 12127-2021《低压开关柜技术规范》相关条款要求，对于具有抑制谐波或滤波功能的无功功率补偿装置，应进行抑制谐波或滤波功能验证试验。进行抑制谐波或滤波功能验证试验应在有谐波源的条件下进行，谐波源为有谐波产生的用电系统，也可以是有谐波产生的谐波发生设备［2-3］。试验时，应分别检测并记录抑制谐波或滤波功能单元投入运行之前及抑制谐波功能单元或滤波功能单元投入运行之后的谐波电压值、谐波电流值等［2-3］。抑制谐波功能单元或滤波功能单元投入运行之后的谐波电压值、谐波电流值等应符合GB／T 14549-1993《电能质量公用电网谐波》规定的谐波限值要求。

3 试验原理及方法

3.1 试验原理

结合标准对抑制谐波或滤波功能验证试验的要求，确定了检测系统原理图如图1 所示。

图1 抑制谐波或滤波功能验证试验原理图

可调交流电源用来提供试验电源，要求可根据试品额定电压调节输出不同的试验电压。谐波发生装置用来产生谐波，模拟用户向公共电网注入谐波，要求可按试验需要输出任意次谐波以及它们的组合，各次谐波独立可调。谐波／功率分析仪器用来测试抑制谐波或滤波装置投入之前、投入之后的谐波电压值或谐波电流值，要求可测得总谐波量、单次谐波量、波形畸变率等。

3.2 试验系统

根据试验原理及要求，确定了如图2 所示的抑制谐波或滤波功能验证试验系统图。

变压器：按照市场上低压成套无功补偿装置的技术参数，变压器应能输出400～690V 的试验电压。本文采用多抽头降压变压器，将10kV 电网电压转换为基准电压为400V 的试验电源，并利用变压器的分接位置变换、星三角转换等功能，输出满足试验要求的多档不同试验电压。

谐波源：按照市场上现有低压成套无功补偿装置的技术参数，谐波源应能输出10～500A 的谐波电流。本文采用的谐波源的谐波范围为：可同时输出2～50 次谐波，可按要求输出任意次谐波以及它们的组合，各次谐波独立可调。电流范围为10～500A，可线性调节，误差在5%之内。接线方式为三相四线制。

谐波测试设备：可采用电能质量分析仪、示波器、功率分析仪、采集系统等。本文采用电能质量分析仪，可测得总谐波量和各次谐波量、波形畸变率等。若想获得更精确的试验值，如对于一些研究性试验，为了避免电网动态变化引入的误差，可同时在抑制谐波或滤波功能单元两侧（电源侧和负载侧）进行测量。

QS1、QS2、QS3 为隔离开关，QF 为断路器，其中QS1、QF 用来控制试验电源投切，QS2 用来控制谐波源投切，QS3 用来控制试品投切。

3.3 试验方法

标准要求应分别检测并记录抑制谐波或滤波功能单元投入运行之前及抑制谐波或滤波功能单元投入运行之后的谐波电压值、谐波电流值等。因此，对于抑制谐波或滤波功能验证试验一般所采用的试验步骤为：首先验证装置的抑制谐波或滤波单元在通电后能否正常工作；其次测量抑制谐波或滤波功能单元投入之前的系统谐波电流值；然后在抑制谐波或滤波功能单元的前端注入标准要求的谐波电流；再将抑制谐波或滤波功能单元投入，并测量系统的谐波电流值［2-3］。试验时注入的谐波电流的计算公式如式（2）所示。

式中：I 为测试时注入的最小谐波电流；Q总为补偿柜中所配SVG 总容量；Un为SVG 的额定工作电压。

关于试验结果的判定原则，对于具有抑制谐波功能的装置其一般为：装置投入之后测得的系统谐波含量不应大于装置投入之前测得的系统谐波含量；对于具有滤波功能的装置其一般为：装置投入3min之后，系统的谐波含量应减少到装置投入前的50%及以下［2-3］。此外，谐波电压值、谐波电流值等应符合GB／T 14549-1993《电能质量公用电网谐波》的要求。