补偿电容器串联电抗对无源LC滤波器的性能分析

有关补偿电容器串联电抗对无源LC滤波器的性能的影响，熟悉供电系统的组成，仿真计算方法，滤波器运行稳定性结果分析的方法等，一起来了解下。

补偿电容器串联电抗对无源LC滤波器的性能分析

并联电容器组是目前电网中普遍用来补偿无功的装置，而无源滤波器通常用来吸收谐波源产生的谐波电流，并兼顾无功补偿。

文中以工程实例为依据，用电力系统谐波计算程序CHP对补偿电容器组串联电抗对无源滤波器性能的影响进行了分析计算。

结果表明，无源滤波器与补偿电容器组并联运行情况下，补偿电容器组串联电抗率变化时会对供电系统的阻抗频率特性和滤波器性能造成的影响也不同。

1.引言

无源电力滤波器由于其结构简单、运行可靠、维护方便，被广泛用于就近吸收谐波源所产生的谐波电流，降低供电点的谐波电压，改善电能质量。无源电力滤波器一般由电容器、电抗器和电阻器组合而成，除起滤波作用之外还兼顾无功补偿。

并联补偿电容器组是供电系统使用最广泛的补偿装置，用于提高功率因数，改善电压质量和降低电能损耗。并联电容器组通常需要加装串联电抗器来限制高次谐波和合闸涌流。但补偿电容器组的串联电抗率（即电抗器感抗与电容器容抗之比)不同，整个系统的阻抗频率特性和滤波器性能也不同。本文以某钢厂的实际供电系统为例，对串有不同电抗值的电容器组与无源LC滤波器并联运行的几种组合情况进行了仿真计算，提出了这2种电力装置并联运行时应注意的一些问题。

2.供电系统组成

该系统的6kV母线上接有无功补偿电容器组，无功补偿总容量为6000kvar。系统的主要谐波源为接在主变6kV侧的不可控整流装置，其产生的谐波主要是奇次谐波。

为消除谐波源产生的谐波，拟在系统中安装LC无源电力滤波器，它由3次、5次、7次单调谐和11次高通滤波器组成，总容量为6900kvar。

3.仿真计算方法

由于系统接有无功补偿并联电容器，补偿电容器串联电抗对LC滤波器的性能会有一定的影响。为合理设计LC滤波器，运用了加拿大CHP电力系统谐波计算程序[1]，对系统进行了大量的仿真计算。

分析计算方法：

计算方法一：

根据注入钢厂6kV母线的各次谐波电流，分别取系统6kV母线短路容量为100MVA、150MVA、200MVA、250MVA、300MVA，取滤波器安装容量6900kvar。对滤波器与补偿电容器的各种不同并联运行方式，进行阻抗频率特性分析和谐波潮流计算。

计算方法二：

根据注入钢厂6kV母线的各次谐波电流，取系统6kV母线短路容量为200MVA，设滤波器容量在4500～15000kvar范围内变化，各次滤波器的参数同时按比例变化。对滤波器与补偿电容器的各种不同并联运行方式，进行阻抗频率特性分析和谐波潮流计算。

在这2种计算方法中，滤波器与补偿电容器的并联运行方式主要考虑了7种：

A、无源滤波器组独自运行；

B、无源滤波器组与串联电抗率为6的补偿电容器组并联运行；

C、无源滤波器组与串联电抗率为12的补偿电容器组并联运行；

D、无源滤波器组与串联电抗率为0的补偿电容器组并联运行；

E、串联电抗率为6的补偿电容器组独自运行；

F、串联电抗率为12的补偿电容器组独自运行；

G、串联电抗率为0的补偿电容器组独自运行。

为考虑工程误差的影响，计算中按流进滤波支路的谐波电流为最大这种不利条件进行计算，滤波器所有支路的电感均按偏调－3考虑。

4.计算结果分析

4.1 滤波器运行稳定性结果分析

按上述计算方法，可得到的系统阻抗频率特性计算结果非常多。限于篇幅，本文只给出短路容量为200MVA时供电系统6kV母线的部分阻抗频率特性。

通过对上述2种计算得到的大量的系统阻抗频率特性进行统计分析，滤波器的运行稳定性可以得出以下结果。

(1)计算方法一的结果

1)当无源滤波器组与串联电抗率为6的补偿电容器并联运行时，对串联谐振点影响不大，对并联谐振点影响较大，使并联谐振点接近5次、7次和10次谐波点；

2)当无源滤波器组与串联电抗率为12的补偿电容器组并联运行时，对串联谐振点影响不大，但使并联谐振点更靠近于10次谐波点；

3)当无源滤波器组与串联电抗率为0的补偿电容器组并联运行时，对3次、5次、7次串联谐振点影响不大，但使11次串联谐振点的频率增大，当系统短路容量为200MVA时，11次串联谐振点的频率增大尤为明显，对并联谐振点的影响较为明显，使并联谐振点更接近于4次、6次、8次和12次谐波点。

(2)计算方法二的结果

1)当无源滤波器组与串联电抗率为6或12或0的补偿电容器并联运行时，对串联谐振点的影响均不大；

2)当无源滤波器组与串联电抗率为6的补偿电容器并联运行时，由于滤波器安装容量的不同，使并联谐振点接近于3次、5次、7次和10次谐波点；

3)当无源滤波器组与串联电抗率为12的补偿电容器并联运行时，由于滤波器安装容量的不同，使并联谐振点接近于7次和10次谐波点。