TSC動態無功補償和諧波治理濾波器優化設計分析

張 欣

吉林省石油化工設計研究院，吉林長春 130021

由于使用電設備與電網供電之間會存在大量的諧波，而諧波不僅影響著電網供電工作，而且還會燒毀電氣設備，本文通過計算得出各次諧波低于我國國家標準諧波電流值，從而對無功補償裝置的濾波補償電路進行優化設計，不僅能夠提高電網功率因數而且還可以穩定電壓，對于諧波而言更有著抑制效果。因此，治理諧波濾波器優化設計勢在必行，從而促進高性能無功補償裝置的發展。本文主要就濾波補償電路優化設計進行綜合論述，并且對TSC動態無功補償和諧波治理進行分析，從而更加表明濾波器優化設計是可行的。

1 關于濾波補償電路優化設計

1.1 分析濾波補償電路諧波治理

濾波補償電路由檢測電路、13次諧波、11次諧波、7次諧波、5次諧波以及控制（觸發）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對稱工作時，則含有6k±1次諧波，諧波次數越大，幅度越小。

圖1 濾波補償電路示意圖

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

將變壓器的基波漏抗設為X1，其變壓器短路阻抗為Rt，濾波補償單元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行忽略不計。由于考慮到濾波器的頻率品質因數以及其頻率失調等因素，因此品質因數取值在50到100之間的，在這里濾波器的阻抗也將忽略不計。如果濾波補償單元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諧振狀態，同時變壓器諧波電流為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

國家諧波電流標準如下：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 分析濾波補償電路無功補償

濾波補償電路不僅可以對各次諧波進行治理而且對基波功率因數還能有所提高，如果各次諧波濾波器對基波呈現電容性，則出現感性負載，因此，需要快速、準確補償無功利率，對電容器范圍進行細化，從而實現對濾波補償電路進行無功補償。

1.3 關于濾波補償電路參數設計

對于基波而言，其容抗值遠遠超過基波感抗值、阻抗值，通過全投切電容狀態進行設計，并計算出各濾波器電容大小，最后每個濾波器都近似為純電容。

2 分析TSC動態無功補償和諧波治理裝置

TSC動態無功率補償和諧波治理裝置包括微機控制單元、檢測單元、觸發單元等等（如圖3所示）。微機控制單元通過電網電壓檢測可以確定控制模式，例如：若實際電網電壓小于設定的電網電壓時，則要加大補償基波無功功率，從而使得功率因素接近于1；若實際電網電壓大于設定的電網電壓時，就要相應的減少補償基波無功功率，從而減少電容投切量，使得電壓接近于設定的電網電壓；若濾波器撤出電網，則電容狀態也被撤出，電網電壓將自動會進入保護模式。

3 濾波補償電路應用以及實驗測試

假設一個變壓器A與變壓器B并聯運行，變壓器A、B參數以及負數情況滿足于我國國家標準規定的允許諧波電流值，則可以通過計算得出變壓器二次側各次諧波允許值，因此，可以通過得到的各次諧波允許值是否在國家允許的各次諧波允許值范圍之內，則相應的選擇其諧波允許值。

4 關于TSC動態無功功率補償

TSC動態無功功率補償，是指通過微機根據負載無功變化而進行控制動態跟蹤，從而保證濾波補償單元電容，從而更好的為中小企業控制投資成本效益，為中小企業帶來可持續發展的局面。

對于TSC動態無功功率補償裝置設計而言，主要有主回路設計與控制系統設計兩種。主回路設計是指主回路中動態濾波能夠快速、準確的補償單元無功功率，由于目前大型企業只是簡單的提到應用TSC進行無功功率補償與諧波治理，但是沒有提到過關于諧波濾波器的設計。另外一方面，根據負載情況不同以及無功諧波不同而導致諧波濾波器設計不一樣，因此，對于大企業設計的諧波濾波器不能適用于中小企業。于是本文針對中小型企業變壓器等負載情況，并通過對TSC動態無功功率補償方式濾波補償電路進行優化設計。通過TSC就地動態無功補償和諧波治理裝置控制實驗測出，其基波功率因數設定值為0.95，并且符合國家標準規定范圍之內，因此，可以進行分析濾波補償電路優化設計。

5 結論

本文主要分析論述了TSC動態無功功率補償和諧波治理濾波器優化設計，并且通過運算能夠得出幾種諧波電流值適用于無功功率補償，從而實現濾波器能夠進行優化設計，此次分析研究對諧波治理控制設計具有一定的社會意義以及應用價值，從而為更多的中小企業進行諧波治理濾波器設計提供指導意義。

[1]吳金鐘，趙玉芹，蘇震.具有諧波治理功能的TSC就地動態無功功率補償在冶金企業應用技術的研究[J].電氣傳動，2002(2).