最新固定无功补偿器(fc

固定无功补偿器

（F C）

12.1并联电容器补偿无功功率原理

在实际电力系统中，大部分负载为阻感型负荷，包括异步电动机在内的绝大部分设备的等效电路可看作电阻R 和电感L 串联的电路，其功率因数为

cos ?=

其中,2L L f

X ωω

π==。

给R ，L 电路并联接入C 之后，电路如图12-1所示，该电路的电流方程为

C RL I I I ???

=+。

U

R L

图12-1原理图

RL

I C

（a ）过补偿 (b) 欠补偿

12.2电容器与系统发生并联谐振

图12-2a 为分析并联谐振的供用电网简化电路图，图12-2b 为其等效电路图。图中谐波源I n 为恒流源，系统基波阻抗为Z S =R S +j X S ，n 次谐波阻抗为Z Sn =R Sn +j nX S ，通常R Sn <

X S /n

I n

nX S

I n

I C n I S n

X C

/n n X S

a) b)

图12-2 并联谐振示意图

a) 供用电系统简化电路图 b) 等效电路图

图12-2b 的电路在满足

nX S =X C /n

时会发生并联谐振。设基波频率为f ，则谐振频率f p 为

f f X X P c s = (2-52)

在图12-2中谐波源电流为I n 时，流入系统的谐波电流I Sn 和流入电容器的谐波电流I Cn 分别为

I X n n X X n I s n c s c

n =- (2-53) I n X n X X n I c n s

s c

n =- (2-54) 当n =n p 时，按上式计算得到的I Sn 和I Cn 均为无穷大。实际上考虑到系统谐波电阻R Sn 及电容支路等效电阻的存在，I Sn 和I Cn 都只可能是有限值，但可以比I n 大许多倍。

实际电路中为了限制电容支路中的谐波电流和防止电容器投入时的冲击电流，在电容支路中都串入一定容量的电抗器。设所串电抗器的基波电抗为X L ，对n 次谐波的电抗为nX L ，则电路满足并联谐振的条件为

n XX n n X Ps c P PL

=- 谐振频率为

f f X X X P c s L

=+() (2-55) 设谐波源电流为I n 时，流入系统的谐波电流I Sn 和流入电容器的谐波电流I Cn 分别为

I n X X n n X n X X n I s n L c S L c

n =-+-() (2-56) I n X n X n X X n

I c n n

S L c n

=+-() (2-57) 分析上述电路的频率特性可知，在电容器支路串入电抗器后，谐振频率下降，谐波放大频段的宽度变窄，这对减小谐波电流的放大作用还是很有效的。

在大多数情况下，应该避免将补偿系统的谐振频率调谐至电力系统的谐波频率，但有时也将谐振频率调整到接近于谐波频率，在一定程度上有助于减少谐波，但为什么不把它精确调谐到谐波频率呢？

1）因为在调谐点左边滤波装置对系统呈感性不会对系统中变压器漏电感产生谐振，在右边呈容性容易产生谐振。 2）假如5

次谐波，理论谐振点5h =

=，L

C X k X ==214%5=，当电容器使用时间较长，C 下降，1C X j c

ω=增大，h>5，会使谐振点向右漂移，使谐

波电流放大。

因此固定补偿器原理为电抗器串联电容器，既可以补偿无功功率，又可以抑制某次谐波。

12.3方案设计

滤波器的类型很多，最常用的滤波器是如图12-3所示的3种类型滤波器

(a)单调谐滤波器 (b)二阶高通滤波器 (c)C

型高通滤波器

L

C

C

L R

R

L

1

C 2

C

图12-3 常用无源滤波器

单调谐滤波器是最简单实用的滤波电路，其优点是在调谐频率点阻抗近似为零，在此频率下滤波效果显著。缺点是在低于调谐频率的某些频率与网络形成高阻抗的并联谐振，低次单调谐滤波器基波有功功率损耗较大。

二阶高通滤波器对于调谐频率点以及高于此频率的其他频率有较好的滤波效果。它一般适合于4次及以上更高次谐波电流的滤波。二阶高通滤波器基波有功损耗较小，其并联电阻器的谐波有功损耗较大。

电弧炉、电焊机、循环换流器等负荷不仅产生整数次谐波电流，而且产生间谐波电流，高品质因数的单调谐滤波器可能会使间谐波放大，低品质因数的单调谐滤波器基波有功损耗大。因此在要求高阻尼且调谐频率低于、等于4次的谐波滤波器常选用C 型高通滤波器。

滤波器类型的确定原则

a.负载在某些频率点谐波电流大，频率点附近无间谐波，可以选用单调谐滤波器。

b.不高于4次谐波的频率点附近如果存在间谐波，宜选用高阻尼C 型高通滤波器。

c. 要求高阻尼高通且调谐频率等于、高于4次的谐波频率点，可以选用二阶高通滤波器。

1.无功补偿容量的确定

补偿容量：

11C Q P = 补偿后电压变化近似为： %100%100min

,min 11max ,?-=??=

sc C N u S Q Q U U

e 11max ,min ,min

100%100%C u N sc Q Q U

e U S -?=

?=? 系统电压的变动： P N U U U ?=- 式中：

N U ——电力滤波与无功补偿装置接入系统处的额定电压，kV ；

P U ——电力滤波与无功补偿装置接入系统处的实际运行电压，kV ； m in ,sc S ——系统最小短路容量，MVA ；

1cos ?——补偿前负载基波平均功率因数测量值或设计值；

1P ——负载基波平均有功功率，MW ； m ax 1Q ——负载基波最大无功功率，MVar ；

min 1Q ——负载基波最小无功功率，MVar ； 1cos C ?——补偿后基波平均功率因数设计值；

,max u e ——当负载基波无功最小时，补偿后存在的最大电压正偏差；

,min u e ——当负载基波无功最大时，补偿后存在的最大电压负偏差。

2．电力滤波与无功补偿装置的无功补偿容量分配

a.根据6.2（4）计算电力滤波与无功补偿装置总无功补偿容量1C Q 。

b.设电力滤波与无功补偿装置由1h 、2h ……m h 次滤波器并联组成，通过i

h （i=1，2……m ）次滤波器的主导谐波电流为i h I ，建议i h 次滤波器的无功补偿容量按照下式进行计算。

1

1

,1)

/(/C m

j j h i

h h C Q h I

h I Q j

i i ∑==

3.滤波器的调谐频率

理想条件下，电力滤波与无功补偿装置的调谐频率应该与需要滤除的特征谐波频率相等，这样可以取得最好的滤波效果。考虑到滤波电容器电容的温漂及制造偏差、滤波电抗器的制造偏差、铁心电抗器的非线性和系统频率的变化，这些因素可能会使滤波器特征频率阻抗呈容性而导致谐波放大，为了保证滤波器长期运行的可靠性，一般取i h 次滤波器的调谐频率1i ah f 小于其特征频率

1f h i （其中a 为调谐系数，1f 为系统频率）。调谐系数a 的推荐值见表12-1。

表12-1 调谐系数a 的推荐值

4.滤波电抗器的品质因数

电力滤波与无功补偿装置的有功基波损耗应不大于总补偿容量的0.5%，为了减小滤波器的有功基波损耗，各滤波电抗器品质因数推荐值见表12-2。

表12-2 滤波电抗器品质因数推荐值