1.變頻器的諧波治理與無功功率補(bǔ)償

隨著變頻器的廣泛應(yīng)用，變頻器的諧波治理與元功功率補(bǔ)償逐漸被人們所認(rèn)識(shí)。變頻器供電電源按傅立葉級(jí)數(shù)可以分解為基波有功電流，基波無功電流，諧波和間諧波電流。

基波無功電流占用電網(wǎng)容量；導(dǎo)致電壓波動(dòng)；在供配電設(shè)施產(chǎn)生熱損耗；降低了供配電設(shè)施運(yùn)行可靠性。

諧波和間諧波的集膚效應(yīng)使輸電線等效截面積變小，線路損耗增加；鐵芯中附加高頻渦流損耗；諧波和間諧波電流導(dǎo)致電壓波形畸變和輻射干擾，引起同一電網(wǎng)其它負(fù)載出力減小，損耗增加，甚至誤動(dòng)作。

變頻器用量較大的車間，用電容器直接進(jìn)行無功力率補(bǔ)償雖然可以大副度降低基波無功電流，但是必然出現(xiàn)諧波放大現(xiàn)象。這時(shí)，供電電流和電容器電流中諧波和間諧波電流大副度增加，電容器由于高溫和過壓而損壞，供電變壓器溫升加大。為避免諧波電流大幅度增加，電容器由于高溫和過壓而損壞，供電變壓器溫升加大。為避免諧波放大，諧波治理與無功功率補(bǔ)償必須同時(shí)進(jìn)行。

從基波無功電流，諧波和間諧波電流的危害上可看出：采用就地諧波治理與無功功率補(bǔ)償可以獲得*大的效益。根據(jù)上海坤友電氣有限公司的經(jīng)驗(yàn)，采用就地諧波治理與無功功率補(bǔ)償，一年或一年半時(shí)間即可從節(jié)能中回收全部投資。

2.變頻器的諧波治理與無功功率補(bǔ)償方法

根據(jù)變頻器分類，變頻器的諧波治理與無功功率補(bǔ)償裝置分為：

含各次濾波器的KY-TSC動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置；6％電抗的KY-TSC動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置固定投入各次濾波器的裝置，由于有源濾波器技術(shù)和價(jià)格的原因，目前還難在國內(nèi)推廣。

2.1交－直－交電流型變頻器

電網(wǎng)通過可控硅三相全控橋給變頻器供電，功率因數(shù)角約等于控制角A。供電電流包含6±1次諧波（K＝1、2、3…），并且在直流電流無脈動(dòng)的理想情況下，N次諧波電流含量是基波電流的1／N。實(shí)際上，直流電流脈動(dòng)導(dǎo)致五次諧波和七次諧波含量增加，大于七次諧波的高次諧波含量減少。就地實(shí)現(xiàn)諧波治理和無功功率補(bǔ)償是安裝含各次濾波器的KY-TSC動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置。裝置中計(jì)算機(jī)根據(jù)基波無功功率投入一定數(shù)量的五次、七次、十一次和十三次濾波器。濾波器對(duì)基波呈容性，補(bǔ)償基波無功功率；濾波器對(duì)諧波呈現(xiàn)很小的電感，濾除各次諧波補(bǔ)償無功功率。

2.2交－交變頻器

電網(wǎng)通過可控硅三相可逆整流橋給變頻器供電，功率因數(shù)很低。從電電流不僅包含6K±1次諧波（K＝1、2、3…），還在諧波附近出現(xiàn)間隔為變頻器輸出頻率的間諧波。用五次、七次、十一次和十三次濾波器可以濾除諧波，但是濾波器器對(duì)一些間諧波呈容性，必然產(chǎn)生間諧波放大現(xiàn)象。

就地實(shí)現(xiàn)諧波、間諧波治理和無功功率補(bǔ)償是安裝6％電抗的KY-TSC動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置。特點(diǎn)是對(duì)五次和五次以上諧波和間諧波都呈感性，沒有諧波放大現(xiàn)象。對(duì)五次、七次諧波和五次、七次諧波附近的間諧也有一定的濾波效果。

2.3交－直－交電壓型變頻器

電網(wǎng)通過三相二極管整流橋給變頻器供電，功率因數(shù)大于0.97。由于二極管整流橋僅在電壓峰頂開通，對(duì)電容器充電，電流波形是導(dǎo)通角較窄的尖鋒。供電電流包含6K±1次諧波（K＝1、2、3…），諧波含量隨進(jìn)線電抗和直流濾波電抗的電感量增加而減少。一般來說，加電抗器后五次諧波、七次諧波十一次諧波和十三次諧波仍然占40％、35％、25％和20％。

對(duì)供電變壓器還有其它感性負(fù)載的場(chǎng)合，可以安裝含各次濾波器的KY-TSC動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置；對(duì)幾乎全是交－直－交電壓型變頻器的車間由于不需要補(bǔ)償基波無功功率需要濾除諧波無功功率，應(yīng)安裝固定投入各次濾波器的裝置。為了防止輕載過補(bǔ)償對(duì)電網(wǎng)電壓的提升，該濾波器應(yīng)該具有提供的基波容性抗器應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮諧波發(fā)熱和過壓?jiǎn)栴}。

3.變頻器的諧波治理與無功功率補(bǔ)償的原理和應(yīng)用

下面就上海坤友電氣有限公司KY-TSC動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置和固定投入的濾波裝置的結(jié)構(gòu)作原理作簡(jiǎn)要介紹。

KY-TSC動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置其特點(diǎn)是晶閘管電子開關(guān)將濾波器投入、退出電網(wǎng)速率為10MS，無功補(bǔ)償動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間15MS，各次諧波濾除率80％以上。濾波器為L－C串聯(lián)濾波器，可以設(shè)計(jì)成五次、七次、十一次、十三次濾波器或6％電抗濾波器。

如果負(fù)載相電流分別為IA、IB和IC，其對(duì)應(yīng)無功電流分量的有效值是IAQ（T）、IBQ（T）和ICQ（T），采用形電容器接法，線間補(bǔ)償電流的有效值分別為IAB（T）、IBC（T）和ICA（T）。線間應(yīng)投入多少單位電容量NAB（T）、NB（T）和NCA（T）的計(jì)算方法如下：3.1從包含諧波的負(fù)載相電流IB和IC中計(jì)算負(fù)載三相無功電流IAQ（T）、IBQ（T）和ICQ（T）：

式（1）中KD為動(dòng)態(tài)微分系數(shù)，無功電流變化小時(shí)KD＝O，以保證檢測(cè)**性；無功電流變化大時(shí)，KD＝1，以保證檢測(cè)的快速性。

式（2）中A為檢測(cè)系數(shù)矩陣，其中SIN與電網(wǎng)相電壓UA同步。

3.2根據(jù)負(fù)載三相無功電流計(jì)算三相補(bǔ)償電流IAB（T）、IBC（T）和ICA（T）：式（3）中為某路電容器全部投入的補(bǔ)償電流IMAX與實(shí)際補(bǔ)償電流的差值。

3.3根據(jù)三相補(bǔ)償電流和網(wǎng)壓計(jì)算各路應(yīng)投入多少單位電容NAQ（T）、NBQ（T）和NCQ（T）：式（4）中UABUBCUCA為電網(wǎng)線電壓有效值，XC為單位電容器50HZ的容抗。

為降低輻身干擾，選用鐵芯電抗器。裝置的核心技術(shù)是晶閘管電子開關(guān)高速率將濾波器投入、退出電網(wǎng)平滑無沖擊。裝置內(nèi)計(jì)算機(jī)還對(duì)散熱器溫度、補(bǔ)償電流、電網(wǎng)電壓和接觸器接點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)視，在無人值守情況下，實(shí)現(xiàn)散熱器超溫、補(bǔ)償電流過流和過載、電網(wǎng)電壓氛相和相序錯(cuò)、接觸器等故障的保護(hù)和容錯(cuò)運(yùn)行。裝置運(yùn)行后，不僅使功率因數(shù)大于0.95，而且使諧波電流和電壓畸變率均達(dá)到GB／T14549－93國家標(biāo)準(zhǔn)。

固定投入的濾波裝置主回路與圖一類似，只不過晶閘管電子開關(guān)換成了接觸器。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)按一定次序和時(shí)間間隔投入各次濾波器。為避免諧波放大，為減少投切沖擊和防止補(bǔ)償電壓提升，電容量應(yīng)做得較小，使網(wǎng)壓提升不超過1.5％。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，諧波電流是基波電流的四、五倍。這對(duì)鐵芯電抗器和諧波濾波器都有較高的設(shè)計(jì)要求。裝置內(nèi)計(jì)算機(jī)對(duì)補(bǔ)償電流過流和過載、電網(wǎng)電壓缺相和相序錯(cuò)、接觸器等故障的保護(hù)。濾波裝置投入運(yùn)行后，變壓器輸出電流接近正弦。