低壓成套無功補(bǔ)償裝置抑制諧波或?yàn)V波功能驗(yàn)證試驗(yàn)研究＊

李濤， 魏慧慧， 劉艷， 駱富保， 那琰

（甘肅電器科學(xué)研究院，甘肅天水 741018）

電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量的無功功率，由于大多數(shù)用電設(shè)備都可以等效為感性負(fù)載，所以電力系統(tǒng)中的無功功率以感性無功功率為主。無功功率過剩會降低發(fā)電機(jī)出力、增加電能損耗、降低供電效率，為了改變這種狀況，必須要進(jìn)行無功補(bǔ)償，如并聯(lián)電容器產(chǎn)生容性無功來中和電力系統(tǒng)中的感性無功，使電力系統(tǒng)中的無功功率達(dá)到平衡。

在理想的情況下，電力系統(tǒng)應(yīng)向用戶提供頻率為50Hz（或60Hz）的交流電，但在實(shí)際的電力系統(tǒng)中，由于電力電子設(shè)備及其他非線性負(fù)載的大量使用，使得電網(wǎng)電壓、電流波形產(chǎn)生了畸變，出現(xiàn)了各種頻率等于基波整數(shù)倍的其他正弦分量，也就是諧波。諧波會產(chǎn)生電能質(zhì)量降低、增加系統(tǒng)損耗、損壞電力設(shè)備、干擾通信系統(tǒng)等多種危害，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。按照電力部門誰污染、誰治理的原則，為了對電力系統(tǒng)中的諧波進(jìn)行抑制或消除，現(xiàn)階段許多用戶選擇采用具有抑制諧波或?yàn)V波功能的低壓成套無功功率補(bǔ)償裝置，其在進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)耐瑫r也進(jìn)行諧波治理。

1 諧波限值

由于諧波會影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，國家標(biāo)準(zhǔn)中對諧波限值也做了要求。1993 年，原國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布了GB／T 14549-1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，對電網(wǎng)公用連接點(diǎn)的全部用戶向該點(diǎn)注入諧波電壓（相電壓）、諧波電流（方均根值）限值給出了詳細(xì)的要求［1］，并給出了如式（1）所示的當(dāng)電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的最小短路容量不同于基準(zhǔn)短路容量時的修正換算公式，用戶可以據(jù)此計(jì)算出不同系統(tǒng)的諧波限值，并確定出諧波治理要求。

式中：Sk1為公共連接點(diǎn)的最小短路容量；Sk2為基準(zhǔn)短路容量；Ihp為第h 次諧波電流允許值；Ih為短路容量為Sk1時的第h 次諧波電流允許值。

2 試驗(yàn)要求

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 15576-2020《低壓成套無功功率補(bǔ)償裝置》、國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q／GDW 12127-2021《低壓開關(guān)柜技術(shù)規(guī)范》相關(guān)條款要求，對于具有抑制諧波或?yàn)V波功能的無功功率補(bǔ)償裝置，應(yīng)進(jìn)行抑制諧波或?yàn)V波功能驗(yàn)證試驗(yàn)。進(jìn)行抑制諧波或?yàn)V波功能驗(yàn)證試驗(yàn)應(yīng)在有諧波源的條件下進(jìn)行，諧波源為有諧波產(chǎn)生的用電系統(tǒng)，也可以是有諧波產(chǎn)生的諧波發(fā)生設(shè)備［2-3］。試驗(yàn)時，應(yīng)分別檢測并記錄抑制諧波或?yàn)V波功能單元投入運(yùn)行之前及抑制諧波功能單元或?yàn)V波功能單元投入運(yùn)行之后的諧波電壓值、諧波電流值等［2-3］。抑制諧波功能單元或?yàn)V波功能單元投入運(yùn)行之后的諧波電壓值、諧波電流值等應(yīng)符合GB／T 14549-1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定的諧波限值要求。

3 試驗(yàn)原理及方法

3.1 試驗(yàn)原理

結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)對抑制諧波或?yàn)V波功能驗(yàn)證試驗(yàn)的要求，確定了檢測系統(tǒng)原理圖如圖1 所示。

圖1 抑制諧波或?yàn)V波功能驗(yàn)證試驗(yàn)原理圖

可調(diào)交流電源用來提供試驗(yàn)電源，要求可根據(jù)試品額定電壓調(diào)節(jié)輸出不同的試驗(yàn)電壓。諧波發(fā)生裝置用來產(chǎn)生諧波，模擬用戶向公共電網(wǎng)注入諧波，要求可按試驗(yàn)需要輸出任意次諧波以及它們的組合，各次諧波獨(dú)立可調(diào)。諧波／功率分析儀器用來測試抑制諧波或?yàn)V波裝置投入之前、投入之后的諧波電壓值或諧波電流值，要求可測得總諧波量、單次諧波量、波形畸變率等。

3.2 試驗(yàn)系統(tǒng)

根據(jù)試驗(yàn)原理及要求，確定了如圖2 所示的抑制諧波或?yàn)V波功能驗(yàn)證試驗(yàn)系統(tǒng)圖。

變壓器：按照市場上低壓成套無功補(bǔ)償裝置的技術(shù)參數(shù)，變壓器應(yīng)能輸出400～690V 的試驗(yàn)電壓。本文采用多抽頭降壓變壓器，將10kV 電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為基準(zhǔn)電壓為400V 的試驗(yàn)電源，并利用變壓器的分接位置變換、星三角轉(zhuǎn)換等功能，輸出滿足試驗(yàn)要求的多檔不同試驗(yàn)電壓。

諧波源：按照市場上現(xiàn)有低壓成套無功補(bǔ)償裝置的技術(shù)參數(shù)，諧波源應(yīng)能輸出10～500A 的諧波電流。本文采用的諧波源的諧波范圍為：可同時輸出2～50 次諧波，可按要求輸出任意次諧波以及它們的組合，各次諧波獨(dú)立可調(diào)。電流范圍為10～500A，可線性調(diào)節(jié)，誤差在5%之內(nèi)。接線方式為三相四線制。

諧波測試設(shè)備：可采用電能質(zhì)量分析儀、示波器、功率分析儀、采集系統(tǒng)等。本文采用電能質(zhì)量分析儀，可測得總諧波量和各次諧波量、波形畸變率等。若想獲得更精確的試驗(yàn)值，如對于一些研究性試驗(yàn)，為了避免電網(wǎng)動態(tài)變化引入的誤差，可同時在抑制諧波或?yàn)V波功能單元兩側(cè)（電源側(cè)和負(fù)載側(cè)）進(jìn)行測量。

QS1、QS2、QS3 為隔離開關(guān)，QF 為斷路器，其中QS1、QF 用來控制試驗(yàn)電源投切，QS2 用來控制諧波源投切，QS3 用來控制試品投切。

3.3 試驗(yàn)方法

標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)分別檢測并記錄抑制諧波或?yàn)V波功能單元投入運(yùn)行之前及抑制諧波或?yàn)V波功能單元投入運(yùn)行之后的諧波電壓值、諧波電流值等。因此，對于抑制諧波或?yàn)V波功能驗(yàn)證試驗(yàn)一般所采用的試驗(yàn)步驟為：首先驗(yàn)證裝置的抑制諧波或?yàn)V波單元在通電后能否正常工作；其次測量抑制諧波或?yàn)V波功能單元投入之前的系統(tǒng)諧波電流值；然后在抑制諧波或?yàn)V波功能單元的前端注入標(biāo)準(zhǔn)要求的諧波電流；再將抑制諧波或?yàn)V波功能單元投入，并測量系統(tǒng)的諧波電流值［2-3］。試驗(yàn)時注入的諧波電流的計(jì)算公式如式（2）所示。

式中：I 為測試時注入的最小諧波電流；Q總為補(bǔ)償柜中所配SVG 總?cè)萘?；Un為SVG 的額定工作電壓。

關(guān)于試驗(yàn)結(jié)果的判定原則，對于具有抑制諧波功能的裝置其一般為：裝置投入之后測得的系統(tǒng)諧波含量不應(yīng)大于裝置投入之前測得的系統(tǒng)諧波含量；對于具有濾波功能的裝置其一般為：裝置投入3min之后，系統(tǒng)的諧波含量應(yīng)減少到裝置投入前的50%及以下［2-3］。此外，諧波電壓值、諧波電流值等應(yīng)符合GB／T 14549-1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的要求。

4 試驗(yàn)實(shí)例

4.1 試驗(yàn)樣品參數(shù)

對某臺具有濾波功能的低壓成套無功功率補(bǔ)償裝置進(jìn)行了濾波功能驗(yàn)證試驗(yàn)，其技術(shù)參數(shù)如下：

額定電壓：400V；

補(bǔ)償容量：180kVar。

4.2 試驗(yàn)過程及結(jié)果分析

首先驗(yàn)證了濾波單元通電后能正常工作，然后按式（2）規(guī)定施加不少于64.95A 的諧波電流，試驗(yàn)波形圖如圖3 所示。

圖3 濾波功能單元投入前波形圖

將補(bǔ)償裝置投入3min 后，再次測量系統(tǒng)諧波含有量為30.23A，試驗(yàn)波形圖如圖4 所示。

圖4 濾波功能單元投入后波形圖

通過對比濾波功能單元投入前后的系統(tǒng)諧波含有量，可以得出，在濾波功能單元投入之后，系統(tǒng)諧波含有量下降53.46%，超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的50%，試驗(yàn)通過，樣品合格。

5 結(jié)論

具有抑制諧波或?yàn)V波功能的低壓成套無功功率補(bǔ)償裝置是一種具有無功補(bǔ)償與諧波治理雙重功能的設(shè)備，如今已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)。本文通過研究其試驗(yàn)原理、試驗(yàn)方法等，提出了相關(guān)的建議，并通過試驗(yàn)實(shí)例進(jìn)行了說明。