并联补偿电容器组对高次谐波的放大和抑制作用分析
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路 中不计 电阻 尺 值 时 ，Ｚ 一 ｌ 一 ｘ ｌ
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１
进 入 系统 侧谐 波 电流 为
一
，
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而 在纯感 性 回路 中 ， 一ｎ Ｌ， 一 × Ｚ 一Ｘ ｗ
张永春
（ 山西 电力 科 学研 究 院 ， 山西 太 原 ０００） ３０ １
摘 要 ： 分 析 了 变 电 站 无 功 并 联 补 偿 电容 器 组 对 电 力 系 统 高 次 谐 波 的 放 大 作 用 ， 论 述 了利 用 串联 电
抗 器接 入 补偿 电容 器组进 行参 数合 理 选择 ，使其 达到对 高次谐 波分量 的抑 制效 果 。
图 １ 串 接 电 抗 器 的 电 容 器 组
组 的设计 、选取 、 行组 合方 式 ，提供 了可 靠依 据 。 运
目前 为解 决 谐 波 电流 放 大 所 采 用 串联 电抗 器 的方
当无 电 容器 组 时 Ｉ 一Ｉ ，接 人 串联 电抗 器 Ｘ
的 电容 器组 后 ，进入 电容器 谐 波 电流为
整 流及换流 设备 、电弧 电炉 、家用 电器 等 。致 使 大
量 的高次谐 波 电流注 入 电力系 统公共 连 结点 ，造成 电力 系统 电能 质量 的污染 。２ ０ｋ 及 １ ０ｋ 变 电 ２ Ｖ １ Ｖ 站 ３ Ｖ 及 １ Ｖ 侧母 线 普 遍 采 用 的无 功 并 补 电 ５ｋ ０ｋ 容器 组作 为谐波 源 的负载 。 由于其呈 现容性 电抗 ， 很 多时侯 ，在其作 用下 会使 流过 它 的谐 波 电流或 进入
看入 的阻抗 为零 ，使 电容 支路 的串联 谐振 点 ，谐振
谐 波次 数为
ｌ ｌ
（ ４）
向相反 。
串联 谐振 点处 各谐 波电 流 、电压 Ｉ 一Ｉ，Ｉ 一 ０ ，Ｖ ＝Ｉ Ｘ ，Ｖ 一０ ・ ／ 由于谐 波源为 电流 源 ， 故 均为有 限值 。谐 波 电流全 部流 入 电容装置 ，不 注 入 系统 ， 电容 补偿 装置相 当于滤波 器 。 串联 谐振 点 的左侧 （ ＜ ） ，电容 支路 为容 性 频 带 ，与 系统 电感 将 产 生谐 波 放 大 。其 右 侧 （ ＞ ）为感性 频带 ，与 系统 电感成 为两 个谐波 感抗 并 联 ，不产 生谐 波放 大 。
１
倍。而在纯感性 回路 中，其比值仅为÷倍。
收 稿 日期 ：２ ０ ３ ０ ０ ２０ —６
通常 所讲 的 电抗百 分数 为 串联 电抗 器 的基 波感
抗 Ｘ 与 电容 器基波 容抗 Ｘ 比， 之
即 １ １ 特 征 点 ． 一 Ｉ＿ ＡＬ
。
作 者 简 介 ：张 永春 （ ９ ０ ） 男 ，河 北 涞 水 人 ，１ ８ １ ６一 ， ５毕 ７月 毕业 于 山 ９ 西 电 力 职 工 大 学 发 电 厂 及 电力 系统 专 业 ，工 程 师 。
Ｌ — ｘｓ Ｘ ＋ １ｃ ｎ ｎ Ｉ Ｘ ：ｎ ’１ ’ 一 ｎ 一 ， ／ ｎ
法 ，对 抑制 高次谐 波 放大很 有成 效 。
１ 电容 器 组 对 谐 波 电 流放 大 的理 论 分 析
众所 周 知 ，电容器 对高 次谐 波是低 阻抗 ，当 回
系统 的谐 波 电 流在 数值 上大 于谐 波 源 的谐 波 电流 ，
因而称 为谐 波 电流放 大 ，造成 山西省 诸 多为谐 波源 用 户供 电的 变 电 站 和具 有 谐 波 源 的用 户 变 电 站 ３ ５
ｋ 或 １ Ｖ母 线 关联 补 偿 电容 器组 ，严重烧 坏 或 Ｖ ０ｋ
不 能投 入运 行 ，功率 因数 降低 、 电压 降低 等不 良后 果 。多年来 配合 并补 电容 器组 的投运 试验 工作 和 主 网 及大 用 户 变 电站 的并 补 电 容 器 组 进 行 了测 试 工 作 ，取得 了大量数 据 和第一 手 资料 ，从 而为 电容器
１ １ ２ 并 联 谐 振 点 。 ．．
１ ２ ４ 不 引 起 系统 及 电容 器谐 波 电流 放 大 的频 率 ．．
（ ３）
・５ ・ ４
山 西 电 力
２０ ０ ２年 第 ３ 期
１ １ １ 串联 谐 振 点 ． ．
向相反 。
由式 （ ）令谐 波 阻抗 的分 子 为零 ，即从 谐 波源 ２
１ ２ ２ 电容器谐 波 电流 放 大 ， ． ． 系统 谐 波 电流不 放大 的频 率范 围 ｎ２ ＜ ，谐 振 环流 Ｉ ＜，。 ｋ ＜ ｖ ． １ ２ ３ 系统谐 波 电流放 大 ， ． ． 电容器 谐 波 电流不 放大 的频率 范 围 Ｏ ＜ｎ 谐 振环 流 Ｉ ＜， ，与前者 方 ＜ｎ … ｒ ￣
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。
说 明 次谐 波 电流振 幅 与基波 电流 振幅 之 比在
１
即
一 著
１＝ ＝ 厂＝ｚ ＝ ： ， ｊ ｊ ： ：； ：
，
。（ ２ ）
纯 容性 回路 中为 次谐 波 电压与基 波 电压之 比值 的
关 键 词 ： 高 次谐 波 ； 电容 器 组 ； 串联 电 抗 器
中图分类 号 ： Ｍ ５１４ Ｔ ３ ．
文献标 识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：６ １０ ２ （ ０ ２ ０ — ０ ３０ １ ７ － ３ ０ ２ ０ ） ３０ ５ — ２
投入 电力 系统 的谐波 源用 户 ， 如 ： 诸 电力 机 车 、
第 ３期 （ 第 １ ４期 ） 总 ０
２０ ０ ２年 ６月
山 西 电 力
ＳＨＡ Ｎ ＸＩ ＥＬＥＣＴＲ Ｉ Ｃ ＰＯ Ｗ ＥＲ
ＮＯ．３ （ ｅ ．１ Ｓ ｒ ０４）
Ｊｎ．０２ ｕ ｅ ２ ０
并 联 补 偿 电容 器 组 对 高 次谐 波 的放 大 和抑 制 作 用 分 析
即
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而 在纯感 性 回路 中 ， 一ｎ Ｌ， 一 × Ｚ 一Ｘ ｗ
张永春
（ 山西 电力 科 学研 究 院 ， 山西 太 原 ０００） ３０ １
摘 要 ： 分 析 了 变 电 站 无 功 并 联 补 偿 电容 器 组 对 电 力 系 统 高 次 谐 波 的 放 大 作 用 ， 论 述 了利 用 串联 电
抗 器接 入 补偿 电容 器组进 行参 数合 理 选择 ，使其 达到对 高次谐 波分量 的抑 制效 果 。
图 １ 串 接 电 抗 器 的 电 容 器 组
组 的设计 、选取 、 行组 合方 式 ，提供 了可 靠依 据 。 运
目前 为解 决 谐 波 电流 放 大 所 采 用 串联 电抗 器 的方
当无 电 容器 组 时 Ｉ 一Ｉ ，接 人 串联 电抗 器 Ｘ
的 电容 器组 后 ，进入 电容器 谐 波 电流为
整 流及换流 设备 、电弧 电炉 、家用 电器 等 。致 使 大
量 的高次谐 波 电流注 入 电力系 统公共 连 结点 ，造成 电力 系统 电能 质量 的污染 。２ ０ｋ 及 １ ０ｋ 变 电 ２ Ｖ １ Ｖ 站 ３ Ｖ 及 １ Ｖ 侧母 线 普 遍 采 用 的无 功 并 补 电 ５ｋ ０ｋ 容器 组作 为谐波 源 的负载 。 由于其呈 现容性 电抗 ， 很 多时侯 ，在其作 用下 会使 流过 它 的谐 波 电流或 进入
看入 的阻抗 为零 ，使 电容 支路 的串联 谐振 点 ，谐振
谐 波次 数为
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（ ４）
向相反 。
串联 谐振 点处 各谐 波电 流 、电压 Ｉ 一Ｉ，Ｉ 一 ０ ，Ｖ ＝Ｉ Ｘ ，Ｖ 一０ ・ ／ 由于谐 波源为 电流 源 ， 故 均为有 限值 。谐 波 电流全 部流 入 电容装置 ，不 注 入 系统 ， 电容 补偿 装置相 当于滤波 器 。 串联 谐振 点 的左侧 （ ＜ ） ，电容 支路 为容 性 频 带 ，与 系统 电感 将 产 生谐 波 放 大 。其 右 侧 （ ＞ ）为感性 频带 ，与 系统 电感成 为两 个谐波 感抗 并 联 ，不产 生谐 波放 大 。
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倍。而在纯感性 回路 中，其比值仅为÷倍。
收 稿 日期 ：２ ０ ３ ０ ０ ２０ —６
通常 所讲 的 电抗百 分数 为 串联 电抗 器 的基 波感
抗 Ｘ 与 电容 器基波 容抗 Ｘ 比， 之
即 １ １ 特 征 点 ． 一 Ｉ＿ ＡＬ
。
作 者 简 介 ：张 永春 （ ９ ０ ） 男 ，河 北 涞 水 人 ，１ ８ １ ６一 ， ５毕 ７月 毕业 于 山 ９ 西 电 力 职 工 大 学 发 电 厂 及 电力 系统 专 业 ，工 程 师 。
Ｌ — ｘｓ Ｘ ＋ １ｃ ｎ ｎ Ｉ Ｘ ：ｎ ’１ ’ 一 ｎ 一 ， ／ ｎ
法 ，对 抑制 高次谐 波 放大很 有成 效 。
１ 电容 器 组 对 谐 波 电 流放 大 的理 论 分 析
众所 周 知 ，电容器 对高 次谐 波是低 阻抗 ，当 回
系统 的谐 波 电 流在 数值 上大 于谐 波 源 的谐 波 电流 ，
因而称 为谐 波 电流放 大 ，造成 山西省 诸 多为谐 波源 用 户供 电的 变 电 站 和具 有 谐 波 源 的用 户 变 电 站 ３ ５
ｋ 或 １ Ｖ母 线 关联 补 偿 电容 器组 ，严重烧 坏 或 Ｖ ０ｋ
不 能投 入运 行 ，功率 因数 降低 、 电压 降低 等不 良后 果 。多年来 配合 并补 电容 器组 的投运 试验 工作 和 主 网 及大 用 户 变 电站 的并 补 电 容 器 组 进 行 了测 试 工 作 ，取得 了大量数 据 和第一 手 资料 ，从 而为 电容器
１ １ ２ 并 联 谐 振 点 。 ．．
１ ２ ４ 不 引 起 系统 及 电容 器谐 波 电流 放 大 的频 率 ．．
（ ３）
・５ ・ ４
山 西 电 力
２０ ０ ２年 第 ３ 期
１ １ １ 串联 谐 振 点 ． ．
向相反 。
由式 （ ）令谐 波 阻抗 的分 子 为零 ，即从 谐 波源 ２
１ ２ ２ 电容器谐 波 电流 放 大 ， ． ． 系统 谐 波 电流不 放大 的频 率范 围 ｎ２ ＜ ，谐 振 环流 Ｉ ＜，。 ｋ ＜ ｖ ． １ ２ ３ 系统谐 波 电流放 大 ， ． ． 电容器 谐 波 电流不 放大 的频率 范 围 Ｏ ＜ｎ 谐 振环 流 Ｉ ＜， ，与前者 方 ＜ｎ … ｒ ￣
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说 明 次谐 波 电流振 幅 与基波 电流 振幅 之 比在
１
即
一 著
１＝ ＝ 厂＝ｚ ＝ ： ， ｊ ｊ ： ：； ：
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。（ ２ ）
纯 容性 回路 中为 次谐 波 电压与基 波 电压之 比值 的
关 键 词 ： 高 次谐 波 ； 电容 器 组 ； 串联 电 抗 器
中图分类 号 ： Ｍ ５１４ Ｔ ３ ．
文献标 识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：６ １０ ２ （ ０ ２ ０ — ０ ３０ １ ７ － ３ ０ ２ ０ ） ３０ ５ — ２
投入 电力 系统 的谐波 源用 户 ， 如 ： 诸 电力 机 车 、
第 ３期 （ 第 １ ４期 ） 总 ０
２０ ０ ２年 ６月
山 西 电 力
ＳＨＡ Ｎ ＸＩ ＥＬＥＣＴＲ Ｉ Ｃ ＰＯ Ｗ ＥＲ
ＮＯ．３ （ ｅ ．１ Ｓ ｒ ０４）
Ｊｎ．０２ ｕ ｅ ２ ０
并 联 补 偿 电容 器 组 对 高 次谐 波 的放 大 和抑 制 作 用 分 析