谐波对无功补偿装置的影响分析

谐波对无功补偿装置的影响分析

摘要：本文针对电力系统中的谐波对无功补偿装置的影响展开了分析，以期对同仁们有更多的借鉴。

关键词：无功补偿，谐波；分析

近年来随着电力电子技术的迅速发展，大功率电子设备的应用，使得大量谐波注入电网，在影响电网电能质量的同时，也对相应的电器设备带来了不同程度的危害，电力系统谐波源主要来自非线性负荷设备，如各种整流设备，调节设备，电弧炉，轧钢机。以及各种电气拖动设备。并联电容器是电力系统中应用较为广泛的无功补偿设备，主要用于提高功率因数，降低电能损耗，电力系统中存在的谐波电压和谐波电流对各种电气设备影响最大的主要是并联电力电容器。

对于无功补偿电容器，由于电容器的容抗表达式是1/wc，就是说电容器的容抗与电网频率关系甚密，当电网除工频电压外，尚存在高次谐波电压时，必将对接于其上的电容器产生影响，谐波频率越高，容抗减少越多，通过电容器的电流就越大，即电容上电流发生的畸变越严重。严重的畸变电流通过电容器后注入电网，使得电网电压的畸变程度加严，造成恶性循环，使得电网电压严重下降。

谐波一方面使电容器长期承受过电流可能导致其发热严重而损坏，另一方面投入电容器可能使谐波电流放大，危害电容器自身和其它电器设备的安全，因为在工频条件下，电容的容抗比系统的感抗大得多，不会产生谐振，但在谐波频率下，电容的容抗减小而系统的感抗增加，就有可能产生并联谐振或串联谐振，这种谐振会使谐波电流放大几倍甚至几十倍，是电容器和与之串联的电抗器烧坏的主要原因。由于电容器组的电容量很大，谐波电流通过时，容抗减小，谐波电流增大，这也使得电压畸变扩大，使原来的谐波得以放大。谐波电压的放大。不仅使电能质量受到影响，同时还会给大量用电设备造成这样那样的损失。尤其5次以上，这些谐波将被补偿电容器放大。电容器组与线路串联谐振，使线路上的电压、电流畸变率增大，还有可能造成设备损坏，在这种情况下补偿装置是不可使用的。

功率因数的基本定义公式：

η= P有/S

，在有谐波的情况下，加入谐波的参数，再通过比较复杂的数学运算，我们可以得到这样一个公式：

η ＝（I1/I）•cosφ

＝λ•cosφ

其中：

λ，叫基波因子

I1 是基波电流

I是总电流

cosφ叫相移因子，或者叫基波功率因数

从公式可以看出，基波因子反映了谐波对功率因数的影响。显然，在总电流I恒定时，谐波电流越大，基波电流I1就会越小，也就是基波因子就越小，从而功率因数也就越小。

相移因子（基波功率因数）就是基波电流相对电压的滞后情况，是我们熟悉的计算公式。

以前，电网中直流设备较少，所以谐波不多，大多数情况下：

基波电流I1 ≈总电流I，

所以：基波因子λ≈1

所以有：η≈cosφ

因此，我们把cosφ等同为功率因数来看待。以前我们不了解谐波，或者谐波较小时，考虑无功补偿，都主要考虑移相因子的作用，长此下来，我们就把基波功率因数（移相因子）作为了电网的功率因数的来理解。

因此，在有谐波的情况下，基波因子λ小于1，移相因子就算＝1，电网的功率因数也都是小于1的。也就是说，有谐波时，仅仅用电容器补偿，功率因数是很难达标的。

谐波还会对无功控制器造成影响，无功控制器是无功补偿装置的指挥系统，采样、运算、发出投切信号，参数设定、测量、元件保护等功能均由补偿控制器完成。它相当于一台电脑，当电网中或负载源产生的谐波干扰了控制器时，补偿

控制器可能发出错误信号产生误动误显。相应办法是更换抗谐波型控制器或在配电系统中加装抗谐波型元件。

因此，对有谐波影响的用户安装无功补偿装置，最好的解决方法就是在电容器组串接电抗器来组成谐波滤波器。滤波器的设计要使在工频情况下呈容性，以对线路进行无功补偿，对于谐波则为感性负载，以吸收部分谐波电流，改善线路的畸变率。滤波补偿装置既补偿了无功损耗又改善了线路质量，虽然成本提高较多，但对于谐波成分较大的线路还是应尽量考虑采用，不能认为装置一时不出问题就认为没有问题存在。很多情况下，采用五次、七次、十一次或高通滤波器可以在补偿无功功率的同时，对系统中的谐波进行消除。必要时应对补偿系统的谐波进行测试，存在谐波但不超标可选抗谐波无功补偿装置，而谐波超标则应治理谐波。