低压无源滤波无功补偿技术知识讲解
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谐波是一个周期量的正弦波分量，其频率为基波频率 的整数倍，谐波的幅值大小和谐波相对于基波的相位关系 都是影响这个周期量的重要因素。
电网中主要的谐波源可分为两大类：
一是含有半导体非线性元件的设备，如各类整流设备、交直流换 流设备、变流器、逆变器、变频器、晶闸管控制器等；
二是含有电弧和铁磁非线性元件的设备，如电弧炉、电焊机、荧 光灯、铁磁谐振等设备。
Βιβλιοθήκη Baidu 无源滤波的原理与低压并联电容无功补偿的区别
如图1所示，使用电抗器与电容器串联，组成一 个LC串联谐振电路，把该电路并联在电网中，即构 成一个最基本的无源滤波回路。
在串联谐振状态下，滤波回路的合成阻抗Xs接近于0，因此 可对相关谐波形成“短路”，在谐振频率以下滤波回路呈容， 因此，滤波回路的主要用途是吸收谐波，同时输出容性基波 无功功率以补偿用电回路中的感性无功功率。这就是无源滤 波补偿技术区别于以往的低压并联电容无功补偿技术的根本 原因。
置、变频调速装置、直流充电机、消磁机、变频驱动装置。 4、车站、机场、码头、电信、广播行业--------照明调光设备、直
流电源、不间断电源、交直流逆变器、 射频发射机、通信交 换机、变频电源。 5、商业建筑和居民区---------照明调光设备、直流电源、不间断 电源、变频电源、家用电器。
二、无源滤波与并联电容无功补偿在原理上区别
2.1.2、投切开关多采用交流接触器 其缺点是响应速度较慢，在投切过程中会对电网产生
冲击涌流，使用寿命短。 2.1.3、无功控制策略 控制的物理量多为电压、功率因数、无功电流，投切
方式为：循环投切、编码投切。这种策略没有考虑电压的 平衡关系与区域的无功优化。
2.1.4、通常不具备配电监测功能
2、低压补偿柜的技术改进和新技术应用，归纳起 来主要有以下几方面：
2.2.1、由三相共补到分相补偿，以求达到更理想 的补偿效果；
2.2.2、由单一的无功补偿到同时具有抑制谐波功 能的补偿装置；
2.2.3、从采用交流接触器进行投切，到选用晶闸 管开关电路投切，以及发展为等电压、零电流投切
的最佳投切模式；
3、原因
补偿设备的故障主要表现为电容器因过载失效，严重的甚至发 生燃烧、爆炸等恶性事故。出现上述状况的原因，主要是近几年低 压电网受到谐波污染的现象越来越普遍、越来越严重，如表1所示
产生电力谐波的行业和主要的非线性设备有： 1、钢铁、冶金行业-------电弧炉、精炼炉、直流炉、轧机、中频
炉、高频炉、各种电力电子设备； 2、机械、石油、化工、轻工行业--------轧制机械、变频调速装置、
电解槽、整流器、换流设备、电焊机、感应加热炉； 3、铁道、矿山、水厂行业--------牵引机车、升降机、调速拖动装
低压无源滤波无功补偿技术系列培训
之《低压无源滤波无功补偿系统的简要介绍》
主讲人 赵国强
一、前言
谐波、电压瞬间跌落、闪变是目前电能质量的三问 题，而“谐波污染”目前已经成为电网内三大公害之首，
公 用电网谐波是电能质量的一项重要指标，它反映了电力系 统中谐波污染的程度，直接影响到电网和用户电气设备的 正常安全运行。接入电网的各种整流设备和其他谐波源设 备所产生的谐波电流注入电网，使得供电电压正弦波形产 生畸变，电能质量下降的主要原因。
1、低压无功补偿的传统模式主要有三种型式：
装于低压电动机的单台电容就地补偿柜； 装于配电变压器低压侧的并联电容集中补偿柜； 装于企业配电房或车间以及高层建筑楼层配电
间的自动补偿柜（如PGJ柜等）。
2、低压并联电容无功补偿的原理，与其无功补偿 的局限性
把具有容性负荷的装置与感性负荷并联接在同一电路,当 容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量;而感性负荷释 放能量时，容性负荷却在吸收能量，能量在两种负荷之间 互相交换，这样，感性负荷所吸收的无功功率可由容性负 荷输出的无功功率中得到补偿，在用并联电容器进行无功 补偿的供电系统中电网以感抗为主，电容器支路以容抗为 主。在工频条件下，并联电容器的容抗比系统的感抗大得 多可发出无功功率，对电网进行无功补偿。补偿无功功 率，提高电能质量，降低损耗，同时提供配电运行数据。 并联电容器属于恒阻抗元件，在电网电压下降时其输出的 无功电流也下降，因此不利于电网的无功安全。
三、低压并联电容补偿面临的突出问题
1、传统的低压并联电容无功补偿设备的使用现状： 1、采集单一信号，采用三相电容器，三相共补 传统的低压无功补偿方式适用于负荷主要是三相负载
（电动机）的场合，但如果当前的负载主要为居民用户， 三相负荷很可能不平衡。那么各相无功需量也不同，采用 这种补偿方式会在不同程度上出现过补或欠补。
并联电容器的最主要缺点是其对谐波的敏感性，在具有谐 波背景的系统中，大量的非线性负荷会产生大量的谐波电 流注入电网，对这些谐波频率而言电网感抗显著增加，而 补偿系统容抗显著减小导致谐波电流大部分流入电容器支 路，若此时电容器的运行电流超过其额定电流的1.3倍时， 电容器将会因过流而产生故障。另外，在接有谐波源负载 的电网上直接连接电容器，会出现多方面的干扰问题，因 为电容器容抗和电网阻抗形成一个并联谐振回路，在谐振 频率下其阻抗达到很高的数值，如果谐波电流频率与并联 谐振频率相同或接近，则导致产生很高的电压降，电网和 电容器支路流过很大的谐波电流，其数值甚至达到原有谐 波电流的数十倍，这种现象称为谐波放大。如果电网中存 在该特定频率的谐波电流源，则该谐波将直接被放大严重 时还会发生并联谐振或串联谐振。系统谐振将导致谐波电 压和电流明显地高于在无谐振情况下出现的谐波电压和电 流，从而大量的破坏电容器。
由于大多数用户及设备制造厂没有针对这种变化采取措施，在 设计及元器件选取方面仍采用以前的技术方案，使得低压无功补偿 设备的可靠性和安全性大大降低。表1所示：
用电设备
电网质量 无功补偿设备 故障原因
以前
多为线性负荷
基本上没有谐波 元器件质量差 制造安装问题
现在
存在大量非线性负荷，主要有：
○电力电子器件，如整流器、变频器、开关电源 ○电弧设备，如电弧冶炼炉、气体放电灯 ○磁饱和设备，如变压器、发电机
电网中主要的谐波源可分为两大类：
一是含有半导体非线性元件的设备，如各类整流设备、交直流换 流设备、变流器、逆变器、变频器、晶闸管控制器等；
二是含有电弧和铁磁非线性元件的设备，如电弧炉、电焊机、荧 光灯、铁磁谐振等设备。
Βιβλιοθήκη Baidu 无源滤波的原理与低压并联电容无功补偿的区别
如图1所示，使用电抗器与电容器串联，组成一 个LC串联谐振电路，把该电路并联在电网中，即构 成一个最基本的无源滤波回路。
在串联谐振状态下，滤波回路的合成阻抗Xs接近于0，因此 可对相关谐波形成“短路”，在谐振频率以下滤波回路呈容， 因此，滤波回路的主要用途是吸收谐波，同时输出容性基波 无功功率以补偿用电回路中的感性无功功率。这就是无源滤 波补偿技术区别于以往的低压并联电容无功补偿技术的根本 原因。
置、变频调速装置、直流充电机、消磁机、变频驱动装置。 4、车站、机场、码头、电信、广播行业--------照明调光设备、直
流电源、不间断电源、交直流逆变器、 射频发射机、通信交 换机、变频电源。 5、商业建筑和居民区---------照明调光设备、直流电源、不间断 电源、变频电源、家用电器。
二、无源滤波与并联电容无功补偿在原理上区别
2.1.2、投切开关多采用交流接触器 其缺点是响应速度较慢，在投切过程中会对电网产生
冲击涌流，使用寿命短。 2.1.3、无功控制策略 控制的物理量多为电压、功率因数、无功电流，投切
方式为：循环投切、编码投切。这种策略没有考虑电压的 平衡关系与区域的无功优化。
2.1.4、通常不具备配电监测功能
2、低压补偿柜的技术改进和新技术应用，归纳起 来主要有以下几方面：
2.2.1、由三相共补到分相补偿，以求达到更理想 的补偿效果；
2.2.2、由单一的无功补偿到同时具有抑制谐波功 能的补偿装置；
2.2.3、从采用交流接触器进行投切，到选用晶闸 管开关电路投切，以及发展为等电压、零电流投切
的最佳投切模式；
3、原因
补偿设备的故障主要表现为电容器因过载失效，严重的甚至发 生燃烧、爆炸等恶性事故。出现上述状况的原因，主要是近几年低 压电网受到谐波污染的现象越来越普遍、越来越严重，如表1所示
产生电力谐波的行业和主要的非线性设备有： 1、钢铁、冶金行业-------电弧炉、精炼炉、直流炉、轧机、中频
炉、高频炉、各种电力电子设备； 2、机械、石油、化工、轻工行业--------轧制机械、变频调速装置、
电解槽、整流器、换流设备、电焊机、感应加热炉； 3、铁道、矿山、水厂行业--------牵引机车、升降机、调速拖动装
低压无源滤波无功补偿技术系列培训
之《低压无源滤波无功补偿系统的简要介绍》
主讲人 赵国强
一、前言
谐波、电压瞬间跌落、闪变是目前电能质量的三问 题，而“谐波污染”目前已经成为电网内三大公害之首，
公 用电网谐波是电能质量的一项重要指标，它反映了电力系 统中谐波污染的程度，直接影响到电网和用户电气设备的 正常安全运行。接入电网的各种整流设备和其他谐波源设 备所产生的谐波电流注入电网，使得供电电压正弦波形产 生畸变，电能质量下降的主要原因。
1、低压无功补偿的传统模式主要有三种型式：
装于低压电动机的单台电容就地补偿柜； 装于配电变压器低压侧的并联电容集中补偿柜； 装于企业配电房或车间以及高层建筑楼层配电
间的自动补偿柜（如PGJ柜等）。
2、低压并联电容无功补偿的原理，与其无功补偿 的局限性
把具有容性负荷的装置与感性负荷并联接在同一电路,当 容性负荷释放能量时，感性负荷吸收能量;而感性负荷释 放能量时，容性负荷却在吸收能量，能量在两种负荷之间 互相交换，这样，感性负荷所吸收的无功功率可由容性负 荷输出的无功功率中得到补偿，在用并联电容器进行无功 补偿的供电系统中电网以感抗为主，电容器支路以容抗为 主。在工频条件下，并联电容器的容抗比系统的感抗大得 多可发出无功功率，对电网进行无功补偿。补偿无功功 率，提高电能质量，降低损耗，同时提供配电运行数据。 并联电容器属于恒阻抗元件，在电网电压下降时其输出的 无功电流也下降，因此不利于电网的无功安全。
三、低压并联电容补偿面临的突出问题
1、传统的低压并联电容无功补偿设备的使用现状： 1、采集单一信号，采用三相电容器，三相共补 传统的低压无功补偿方式适用于负荷主要是三相负载
（电动机）的场合，但如果当前的负载主要为居民用户， 三相负荷很可能不平衡。那么各相无功需量也不同，采用 这种补偿方式会在不同程度上出现过补或欠补。
并联电容器的最主要缺点是其对谐波的敏感性，在具有谐 波背景的系统中，大量的非线性负荷会产生大量的谐波电 流注入电网，对这些谐波频率而言电网感抗显著增加，而 补偿系统容抗显著减小导致谐波电流大部分流入电容器支 路，若此时电容器的运行电流超过其额定电流的1.3倍时， 电容器将会因过流而产生故障。另外，在接有谐波源负载 的电网上直接连接电容器，会出现多方面的干扰问题，因 为电容器容抗和电网阻抗形成一个并联谐振回路，在谐振 频率下其阻抗达到很高的数值，如果谐波电流频率与并联 谐振频率相同或接近，则导致产生很高的电压降，电网和 电容器支路流过很大的谐波电流，其数值甚至达到原有谐 波电流的数十倍，这种现象称为谐波放大。如果电网中存 在该特定频率的谐波电流源，则该谐波将直接被放大严重 时还会发生并联谐振或串联谐振。系统谐振将导致谐波电 压和电流明显地高于在无谐振情况下出现的谐波电压和电 流，从而大量的破坏电容器。
由于大多数用户及设备制造厂没有针对这种变化采取措施，在 设计及元器件选取方面仍采用以前的技术方案，使得低压无功补偿 设备的可靠性和安全性大大降低。表1所示：
用电设备
电网质量 无功补偿设备 故障原因
以前
多为线性负荷
基本上没有谐波 元器件质量差 制造安装问题
现在
存在大量非线性负荷，主要有：
○电力电子器件，如整流器、变频器、开关电源 ○电弧设备，如电弧冶炼炉、气体放电灯 ○磁饱和设备，如变压器、发电机