基于复合开关的无功补偿系统的谐波分析

基于复合开关的无功补偿系统的谐波分析
随着社会经济的不断发展，工业也迅速发展起来，工业用电对经济的发展极为重要，电气系统运行的安全性、可靠性成为人们所关注的焦点。

近些年来，对电气系统运行情况的调查中发现，容性负载、感性负载以及非线性负载逐渐增加，给电力系统带来很多谐波污染以及无功的问题，电力系统的运行效率也受到极大的影响，对此，必须采取有效的处理措施。

标签：复合开关；无功补偿；谐波电流
前言
复合开关主要是运用交流接触器与可控硅等结构并联组成，复合开关的应用可以对电气系统中的电容器进行智能投切的操作，对避免电气系统受到电网波动以及瞬间冲击电流有着极大的作用。

将复合开关应用到电气系统中，实现抑制谐波电流以及无功问题有着极大的作用，进一步保证电气系统运行的可靠性。

对此，文章主要对基于复合开关的无功补偿系统的谐波进行分析。

1 基于复合开关的无功补偿系统结构
1.1 复合开关
以往电气工程中，主要采用的开关为无触点开关，在实际的运行中存在很大的缺陷[1]。

例如，在对电容量多少进行控制的过程中，通过对触发角的控制来实现，但是，这样控制的后果却会造成高次谐波以及较大的冲击电流，不仅对电气系统的运行效率造成极大的影响，甚至对电气元器件如晶闸管的使用寿命也会造成一定的影响。

在电气技术不断进步的过程中，通过将复合开关引入到电气系统设计中，能够避免在对电容器投切的过程中产生冲击电流、谐波等现象，同时也避免了散热小、功率损耗等缺点，这是传统无触点开关所无法比拟的[2]。

复合开关主要由交流接触器、可控硅等结构组成。

例如，在对复合开关进行拓扑实验的过程中，将接触器与反向晶闸管并联的无触点复合开关作为控制电路中电容器组的投切工作（如图1所示）。

图1 复合开关拓扑示意图
通过图 1 的拓扑实验分析，在检测到相电压过零之后，系统将会给复合开关发出触发脉冲[3]。

根据图1的连接显示，晶闸管的导通实践应比接触器导通时间要快，结合实际计算两者之间的导通时间大致相差35ms。

也就是说，复合开关触发脉冲由晶闸管率先导通，相隔大致35ms之后接触器导通，而在此时，电容器组处在电压过零时接入电网系统，这样可以有效的避免瞬间脉冲电流的产
生，从而实现对电容器组保护的目的。

经过35ms之后，接触器将接入到电网系统中，而这时电流也将从晶闸管全部转移到接入电网系统的接触器上，接触器也将与电容器组进行连接并接入到电网系统中，再将晶闸管上触发脉冲撤去，从而形成晶闸管在电流过零的情况下断开。

1.2 电容器参数的选择
基于复合开关的无功补偿系统需要重视对电容器参数的选择，同时也是做好系统无功补偿工作的重点[4]。

一般情况下，在晶闸管导通的同时，复合开关也将对电容器实施投切，而在这个过程中如果参数选择不得当的话，就会造成投切时间不吻合，而产生无功补偿的问题，结合多次实践以及计算发现，在电容器的两端电压等于供电电压时也就是最佳的时间，这样才能提高系统的运行效率，避免无功补偿问题的发生。

电容器参数的选择主要根据系统补偿无功功率的大小因素进行，也就是系统所投入的电容容量，由于系统投入电容容量取决于功率因数，因此，在对电容器参数进行选择的过程中，必须对功率因数进行分析并做出选择。

2 谐波分析
谐波对电气系统的影响极大，如果谐波电流过多会造成电压波形发生畸变的现象，对供电质量也会造成极大的影响，工业生产用电对供电质量的要求极高，如果供电质量不高不仅会影响到工业生产效率，甚至会对一些生产设备造成烧毁的问题。

例如，工业电气系统中的漏电装置，在受到谐波电流的影响时可能会产生误动作的现象，影响到工业的正常生产运行，对此，作者主要从谐波的影响以及谐波电流的抑制等方面进行分析。

2.1 谐波的影响
电气系统在运行的过程中，一旦出现谐波电流将会对系统的正常运行产生极大的影响，在基于复合开关的无功补偿系统中，必须要对谐波的影响进行分析[5]。

通过大量的实践证明，谐波产生的阻抗主要受到谐波电抗、谐波电阻、工频短路阻抗等几方面因素的影响，因此，对电气系统中的谐波影响分析必须从几方面因素进行，谐波阻抗的具体方程式如下：
Lsn=Msn+jnTs=Msn+jTsn
式中的Lsn为系统中的n次谐波电阻，Ts为系统中的工频短路阻抗，Msn 为系统中n次谐波电抗。

2.2 谐波电流的抑制
通过以上对谐波电流的影响分析，谐波电流的产生对系统带来的危害极大，甚至会造成断路器的误动作现象以及谐振过电压的可能，后果极为严重[6]。

为了避免或降低谐波电流对系统带来的危害，可以采用电抗器容量来替换部分电容器容量，具体要根据实际的情况来选择。

一般情況下，将电容器容量的6%左右
作为电抗器的容量，实现对谐波电流抑制的效果。

另外，可以在电源电路中串联扼流电感器设备，这样就可以有效的对电路中的谐波电流产生抑制的作用，而且，该抑制方式实施工艺较为简单，不仅具有较低的成本，还具有较高的可靠性，是当今电气线路谐波电流的主要抑制方法之一。

此外，也可以通过功率因数的方式来对电气系统电路中的电流波形进行校正，实现对谐波电流的抑制作用，而且抑制效果也能够达到以上所提到的谐波抑制方法。

但是，在大量的实践中发现，该种抑制谐波电流的方法无论是在生产工艺上，还是在后期的调试工艺上都要比之前的方法复杂，而且投入的成本量也比较大，更不利于工作人员掌握后期复杂的调试方式，因此，该种方法应用得比之前提到的方法要少很多。

3 结束语
综上所述，电气系统在运行的过程中，一旦出现无功补偿或谐波电流问题，都将对系统运行的安全性、稳定性造成极大的影响，而复合开关的引用，可以有效的规避系统无功补偿问题以及抑制谐波电流的作用，是未来电气系统发展中主要的应用设备。

通过文章对基于复合开关的无功补偿系统谐波的分析，作者结合自身多年工作经验，以及自身对电气系统的了解，从无功补偿系统结构以及谐波等两方面进行分析，希望通过文章的分析对提升电气系统的运行效率有着一定的帮助。

参考文献
[1]刘书铭，李琼林，杜习周，等.无功补偿电容器组串联电抗器的参数匹配[J].电力自动化设备，2012（4）.
[2]王彦文，何鹏云，王寅生，等.基于复合开关的矿用低压无功自动补偿装置的研究[J].电气应用，2012（4）.
[3]黄俊，贾秀芳，赵成勇，等.变电站电压无功和谐波综合控制分析[J].华北电力大学学报（自然科学版），2011（6）.
[4]雷赛衡，鲁铁成，张博，等.配电网无功补偿电容器组串联电抗器的选择[J].高电压技术，2014（10）.
[5]李琼林，刘书铭，秦艳萍，等.谐波情况下并联电容器组的投切方法研究[J].电力电容器与无功补偿，2013（5）.
[6]任震，孙丽敏，张勇军，等.配电网络无功补偿的优化模型与算法[J].华南理工大学学报（自然科学版），2013（7）.
作者简介：黄正吉（1978-），男，广西河池人，主要从事电气自动化研发工作。