无功补偿和混合滤波综合补偿系统及其应用

孙健明

（南京凯多智能科技发展有限公司210000）

摘要：在本文中，将就无功补偿和混合滤波综合补偿系统及其应用进行一定的研究，对稳态补偿性能进行一定的分析，并在系统中对谐振注入式有源滤波拓扑进行了应用。

关键词：无功补偿；混合滤波；综合补偿系统；

1引言

在无功补偿装置中，并联电容器根据其所具有的低成本以及较为简单的结构在现今工业系统以及电网中得到了较为广泛应用。随着近年来自动控制技术、计算机技术以及电力电子技术的发展，部分更为先进的无功补偿装置也得到了开发。在该种情况下，并联电容器依然是现今无功补偿中非常主流的装置类型。在该类性补偿装置实际应用中，电容器在特定频率信号下会同电网等效电感产生串联或者并联谐振现象，即我们经常说的谐波谐振。为了对该种谐振情况进行抑制，一般会通过将电抗器在补偿支路中串接的方式进行应对，该种方式在电抗器电抗率对特定条件进行满足的情况下，能够对一定次数的谐振进行抑制。而对于该种方式来说，其在对补偿无功需求进行满足的情况下，电感量取值不宜过大，就因此很难对谐振要求的电抗率进行满足。同时，由于电网等效电感参数运行中会产生一定的波动情况，对此已串联电抗器抑制的性能也将产生一定的下降，甚至部分会因此失去抑制功能。为了对该种问题进行解决，很多研究都通过有源装置的设置对无源滤波器以及谐波谐振的滤波性能进行抑制，即在整个系统参数发生变化时，保证补偿装置也能够具有较好的补偿性能。在本研究中，根据某企业13/11次谐波含量偏高的情况为基础，对能对谐波电流产生抑制、且能够满足无功补偿要求的装置进行设计与研究。

2无功补偿混合滤波综合补偿系统结构

图1结构原理图

在该系统中，其有源部分为电压型逆变器，而无源部分则为以多组单调谐滤波器。由于谐波源为12脉波整流装置，其特征谐波分别为13次以及11次，对此，系统所具有的两条无源支路则分别对这两条谐波电流产生抑制作用。而其中有源的部分，则通过基波串联谐振电路以及耦合变压器以并联的方式对串联谐振有源滤波器进行了构成，且整个装置同电网实现并联。注入支路方面，其由电感L1、电容CG以及电容C1组成，其中，C1以及L1在基波频率构成谐振电路，而其整体则为一种无源滤波支路。其中，电压型逆变器为一种在自关断器件为基础的PWM逆变器，直流端为较大电容，而其输出端则同滤波器实现连接，以此对开关器件通断产生的高频毛刺进行滤除。该装置在运行中具有以下特点，即仅仅由系统的无源部分实现对无功功率的补偿，并由无源以及有源两个部分共同对谐波进行抑制，以此对谐波治理以及无功补偿相关方面的要求进行满足。在其单项等效电路中，谐波负载被看做一个谐波电流源，具体电路结构如下图所示：

在上图中，ZS、ZP、ZG、ZR分别为电网阻抗、无源阻抗、有源输出支路阻抗以及串联谐振电路阻抗。在系统中，补偿装置有源部分相当于在电网支路中对一个可控的谐波阻抗进行设置，当阻抗值达到一定程度时，进入到该电网中的谐波电流值则会处于一个较小的范围内，甚至接近于0，并同时对谐波电流产生一定的抑制作用，且能够对电网阻抗同无源部分的并联谐振产生抑制作用。

2.1无源部分参数设计

在本研究中，仅仅对系统所具有的稳态补偿特性进行研究，以此对系统谐波抑制性能、无功补偿以及补偿系统无源部分参数的正确性进行验证。对此，我们从系统等效电感以及控制放大倍数这两个方面对补偿系统所具有的稳态补偿特性进行分析。为了更好的进行分析，我们通过谐波源抑制函数为基础上补偿装置的补偿特性进行研究，在对其特性曲线进行制作的同时对综合补偿装置以及无功补偿的稳态补偿特性进行研究。根据实际工程情况，我们将11次支路电感设置为1.77mH，品质因数设置为35，电容设置为48.64μF；13次支路电感设置为1.37mH，品质因数设置为35，电容设置为43.65μF；基波谐振支路电感设置为15.47mH，品质因数设置为50，电容设置为680μF.

2.2放大倍数对补偿特性的影响

图3不同K值时谐波源谐波抑制函数幅频特性

在上图中，所表示的是在不同控制放大倍数下，补偿装置谐波抑制函数所具有的幅频特性曲线。从上图中我们可以了解到，当K值为0时，即补偿装置仅仅具有无源部分时，其仅仅对高次谐波以及固定频率谐波具有较大的抑制作用，且在ω在1000至4000rad/s间时具有几次较为明显的谐振峰值现象。对于该种现象而言，其对相关设备的实际运行具有着较为不利的影响。而当有源部分投入其中之后，从上图中则可以了解到，当K值为10时，当ω在800rad/s以上时其所具有的幅频特性都处于下压状态，且谐波抑制效果相较以往具有了较大的改善，系统所具有的谐波电流值较小，接近为0。而当k值为20时，当ω在600rad/s所对应的幅频则具有了一定的下压特征，而当有源部分投入之后，曲线在500rad/s以及600rad/s区间也出现了新的谐振峰值，且该峰值对应频点会随着K的增大逐渐向着较低频段进行偏移。而由于该峰值位置所对应的频率值已经在100Hz以上，所以该系统在运行过程中则不会再在该位置出现谐振峰值现象。在这种情况下，只要K值设计得当，当有源部分投入之后，整个系统的谐波则会获得较好的补偿。而从上述观测结果我们可以看到，当K值增大的情况下，整个系统的谐波抑制效果也具有逐渐增加的情况。但该种情况的存在并不代表着K值越大越好，当其过大时，很可能因此会对系统的稳定性产生影响。

3结束语

在上文中，我们对无功补偿和混合滤波综合补偿系统及其应用进行了一定的研究，经实际测试表明，所具有的补偿性能较好，具有较好的应用前景。

参考文献

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