TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

張 欣

吉林省石油化工設(shè)計(jì)研究院，吉林長(zhǎng)春 130021

由于使用電設(shè)備與電網(wǎng)供電之間會(huì)存在大量的諧波，而諧波不僅影響著電網(wǎng)供電工作，而且還會(huì)燒毀電氣設(shè)備，本文通過(guò)計(jì)算得出各次諧波低于我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)諧波電流值，從而對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置的濾波補(bǔ)償電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅能夠提高電網(wǎng)功率因數(shù)而且還可以穩(wěn)定電壓，對(duì)于諧波而言更有著抑制效果。因此，治理諧波濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)勢(shì)在必行，從而促進(jìn)高性能無(wú)功補(bǔ)償裝置的發(fā)展。本文主要就濾波補(bǔ)償電路優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合論述，并且對(duì)TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理進(jìn)行分析，從而更加表明濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)是可行的。

1 關(guān)于濾波補(bǔ)償電路優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.1 分析濾波補(bǔ)償電路諧波治理

濾波補(bǔ)償電路由檢測(cè)電路、13次諧波、11次諧波、7次諧波、5次諧波以及控制（觸發(fā)）電路組成，通常是采用三相式整流橋的整流電路，如果整流橋周期呈現(xiàn)對(duì)稱工作時(shí)，則含有6k±1次諧波，諧波次數(shù)越大，幅度越小。

圖1 濾波補(bǔ)償電路示意圖

濾波補(bǔ)償電路包含的各次諧波濾波器不僅對(duì)各次諧波進(jìn)行抑制，而且對(duì)基波功率因素有所提高，接下來(lái)本文將濾波補(bǔ)償電路諧波治理原理進(jìn)行介紹分析。

將變壓器的基波漏抗設(shè)為X1，其變壓器短路阻抗為Rt，濾波補(bǔ)償單元h次，濾波器基波感抗用Xl[h]表示，h次濾波器電容基波容抗用Xc[h]表示，h諧波濾波器的短路阻抗用Rh表示，第h次諧波電流用Ih表示（如圖2所示），另外，通常在電路中將變壓器漏感抗進(jìn)行忽略不計(jì)。由于考慮到濾波器的頻率品質(zhì)因數(shù)以及其頻率失調(diào)等因素，因此品質(zhì)因數(shù)取值在50到100之間的，在這里濾波器的阻抗也將忽略不計(jì)。如果濾波補(bǔ)償單元h次濾波器基波感抗與xl[h]/h相等的話，則諧波濾波器處于串聯(lián)諧振狀態(tài)，同時(shí)變壓器諧波電流為0。如果二者之間的差越小則流入變壓器的諧波電流就越小。

圖2 諧波濾波器等效電路

國(guó)家諧波電流標(biāo)準(zhǔn)如下：5次諧波電流允許值為62A；7次諧波電流允許值為44A；11次諧波電流允許值為28A；13次諧波電流允許值為24次。

1.2 分析濾波補(bǔ)償電路無(wú)功補(bǔ)償

濾波補(bǔ)償電路不僅可以對(duì)各次諧波進(jìn)行治理而且對(duì)基波功率因數(shù)還能有所提高，如果各次諧波濾波器對(duì)基波呈現(xiàn)電容性，則出現(xiàn)感性負(fù)載，因此，需要快速、準(zhǔn)確補(bǔ)償無(wú)功利率，對(duì)電容器范圍進(jìn)行細(xì)化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)濾波補(bǔ)償電路進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

1.3 關(guān)于濾波補(bǔ)償電路參數(shù)設(shè)計(jì)

對(duì)于基波而言，其容抗值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)基波感抗值、阻抗值，通過(guò)全投切電容狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并計(jì)算出各濾波器電容大小，最后每個(gè)濾波器都近似為純電容。

2 分析TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理裝置

TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功率補(bǔ)償和諧波治理裝置包括微機(jī)控制單元、檢測(cè)單元、觸發(fā)單元等等（如圖3所示）。微機(jī)控制單元通過(guò)電網(wǎng)電壓檢測(cè)可以確定控制模式，例如：若實(shí)際電網(wǎng)電壓小于設(shè)定的電網(wǎng)電壓時(shí)，則要加大補(bǔ)償基波無(wú)功功率，從而使得功率因素接近于1；若實(shí)際電網(wǎng)電壓大于設(shè)定的電網(wǎng)電壓時(shí)，就要相應(yīng)的減少補(bǔ)償基波無(wú)功功率，從而減少電容投切量，使得電壓接近于設(shè)定的電網(wǎng)電壓；若濾波器撤出電網(wǎng)，則電容狀態(tài)也被撤出，電網(wǎng)電壓將自動(dòng)會(huì)進(jìn)入保護(hù)模式。

3 濾波補(bǔ)償電路應(yīng)用以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試

假設(shè)一個(gè)變壓器A與變壓器B并聯(lián)運(yùn)行，變壓器A、B參數(shù)以及負(fù)數(shù)情況滿足于我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許諧波電流值，則可以通過(guò)計(jì)算得出變壓器二次側(cè)各次諧波允許值，因此，可以通過(guò)得到的各次諧波允許值是否在國(guó)家允許的各次諧波允許值范圍之內(nèi)，則相應(yīng)的選擇其諧波允許值。

4 關(guān)于TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償

TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償，是指通過(guò)微機(jī)根據(jù)負(fù)載無(wú)功變化而進(jìn)行控制動(dòng)態(tài)跟蹤，從而保證濾波補(bǔ)償單元電容，從而更好的為中小企業(yè)控制投資成本效益，為中小企業(yè)帶來(lái)可持續(xù)發(fā)展的局面。

對(duì)于TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)而言，主要有主回路設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩種。主回路設(shè)計(jì)是指主回路中動(dòng)態(tài)濾波能夠快速、準(zhǔn)確的補(bǔ)償單元無(wú)功功率，由于目前大型企業(yè)只是簡(jiǎn)單的提到應(yīng)用TSC進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償與諧波治理，但是沒(méi)有提到過(guò)關(guān)于諧波濾波器的設(shè)計(jì)。另外一方面，根據(jù)負(fù)載情況不同以及無(wú)功諧波不同而導(dǎo)致諧波濾波器設(shè)計(jì)不一樣，因此，對(duì)于大企業(yè)設(shè)計(jì)的諧波濾波器不能適用于中小企業(yè)。于是本文針對(duì)中小型企業(yè)變壓器等負(fù)載情況，并通過(guò)對(duì)TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償方式濾波補(bǔ)償電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)TSC就地動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理裝置控制實(shí)驗(yàn)測(cè)出，其基波功率因數(shù)設(shè)定值為0.95，并且符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍之內(nèi)，因此，可以進(jìn)行分析濾波補(bǔ)償電路優(yōu)化設(shè)計(jì)。

5 結(jié)論

本文主要分析論述了TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償和諧波治理濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且通過(guò)運(yùn)算能夠得出幾種諧波電流值適用于無(wú)功功率補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)濾波器能夠進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，此次分析研究對(duì)諧波治理控制設(shè)計(jì)具有一定的社會(huì)意義以及應(yīng)用價(jià)值，從而為更多的中小企業(yè)進(jìn)行諧波治理濾波器設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)意義。

[1]吳金鐘，趙玉芹，蘇震.具有諧波治理功能的TSC就地動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償在冶金企業(yè)應(yīng)用技術(shù)的研究[J].電氣傳動(dòng)，2002(2).