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摘要：作为供电系统节能环保的关键环节，谐波控制与无功补偿相结合的节能方案使用具有极强的综合性，同时也要受到多方面因素的限制和影响。文章针对低压配电网的无功补偿原理展开讨论，分析了低压电网谐波对供电系统的具体影响，同时详细论述了如何更好解决高次谐波对无功补偿电容器运行的影响，希望以此促进工低压配电电网无功补偿方案的完善。
关键词：谐波治理；低压配电网无功补偿；变频器
1、前言
伴随着供电系统的不断发展进步，社会经济发展对供电系统的节能环保也提出了更高的要求，而且变频器的谐波治理与低压配电网的无功补偿对于煤炭洗选加工企业的经济效益，保障供电系统的节能效果都有着非常重要的作用。但是不可否认，当前的谐波控制与无功补偿相结合的节能方案在使用过程中还存在有一定的问题，需要对节能方案进行进一步的修改与完善。
2、低压配电网无功补偿概述
并联电容器安装在供电系统中，用于吸收容性无功功率，补偿感性无功功率。这是目前国内企业应用最广泛的提高功率因数的手动补偿方法。在局部环节中，变频器作为一种节能手段，已广泛应用于水泵、风机的负载中。变频器在地方节能中的应用是显而易见的。相反，注入大量高次谐波会增加整个电网的功率损耗。新型环保节能变频器还处于发展阶段，所以从广义上讲，只有消除谐波，变频器才能达到最佳节能效果。
目前普遍采用的节能方法是控制主谐波源，着力提高用电企业电网功率因数。节能效果明显，且效果稳定、经济性高。低压电源基本上是一个感性负载。目前，公司已建成三个年产800mt/a洗煤厂的供配电系统，配套多台变压器、低压配电室等相关设施。感性负载在运行时，不仅要吸收电网的有功功率，还要提供大量的无功功率和较低的功率因数。试验表明，每个低压配电室的平均功率因数约为0.7。如果功率因数过低，将对电网产生不利影响。首先，会导致增加变压器、输出线等供电设备的功率损耗；其次，增加了电网电压损耗，影响供电质量；最后，对整个洗煤厂的无功电耗造成增加，增加煤炭加工成本。
从以上分析来看为了提高设备用电效能以及节约电能，则需要对电网的功率因数进行一定的提高。然而，作为一种用于无功补偿的电力电容器，投入使用后可能会随之而来多种类型的电力设施故障。许多无功补偿装置被迫停止运行，这是徒劳的，极大地影响了节能效率。
3、低压电网谐波分析
重点对某系统配电室底层的三台无功补偿装置进行了测试。结果表明，400V的三相电容器的额定电流为27.8A，实测电流为38A，电容器过载是造成电容器过热和接触器损坏的主要原因。那么就需要对电容器过载的原因进行分析探究，经过测试分析发现，除了较大的感性负载外，配电室的低压母线上还有15个逆变器和9个同步电机励磁整流器。在运行过程中，大量高次谐波注入电网，造成电网电压波形畸变。电容器是低阻抗通道的谐波分量，其基波电流与谐波电流叠加，其积分电流将大大超过电容器的额定电流。事实上，电容器的工作电流远远超过了电容器的额定电流，由此可见，供电系统中存在着高谐波分量，不仅对无功补偿装置的有效运行产生了影响，也对其他电气设备的良好工作造成了威胁。为了解决节能问题，要对谐波源进行控制。
4、逆变器谐波控制：
因为供电系统中有很多谐波干扰源，一对一处理是不现实的，也是不必要的，这会造成巨大的投资。因此在处理方案的选择上有效的将问题解决是核心，以主要谐波源为突破口，逐步形成与企业供电系统相适应的谐波控制和无功补偿技术。
4.1变频器的谐波控制
逆变器目前已经在工业调速和传动领域得到了广泛的应用。整流器经三相不可控整流电路转换为直流电压信号，再经滤波电容滤波器和大功率晶体管GTR或IGBT开关元件转换为变频交流信号。整流电路的输入电流波形为不规则矩形波，按傅立叶级数分解为基波和各种谐波。高次谐波会对输入电力系统产生干扰。在逆变电路中，输出电压波形为矩形波，并含有谐波分量。谐波频率与逆变器的调制频率有关。除了直接干扰负载，高谐波电流也可以通过电缆辐射到空间。谐波干扰有两种方式：传导和辐射。
抑制变频器谐波干扰的对策：对变频器谐波干扰的抑制首先要根据不同容量的电动机和变频器的输入终端电源和变频器安装输入电抗器，以增加系统的阻抗高阶谐波，在电网层面阻碍谐波的进入。而逆变器辐射的干扰处理需要用专用接地线将逆变器连接到专用接地网，将逆变器的接地与系统内其他电气设备的接地分开。为了有效抑制电流谐波对相邻设备的辐射干扰，变频电机采用电缆外壳良好接地。
4.2无功自动补偿装置设计
在吸收无功补偿方面，根据运行经验，结合我国配电系统的实际运行，通过无功补偿决策与补偿模式相结合，充分吸收选择研究成果。近年来随着科学技术的发展，无功补偿装置的设计和安装可以根据电网的需要自动投入运行，通过开关电容可以实现无功补偿的自动控制。主电路图中采用空气开关作为电容器的短路保护。采用热继电器作为电容器过载保护。交流接触器用于更换普通交流接触器。在电容器工作时，能有效抑制大涌流对电容器的冲击。当电容器断开时，可以有效地抑制过电压。电抗器安装在每个电容器中，以避免谐振引起的高次谐波和防止电容器过载。
我们选用的电容器开关控制器是无功补偿控制器。根据电网的电压、电流和功率因数，通过对接触器的控制，达到电容器开关周期控制的目的。关于参数的设置，第一，设置电容器的输入功率因数为0.85，电容器的切割功率因数为0.95，以扩大开关范围，减少电容器的开关时间。其次，将电容开关延时设置为3分钟以上。当电容器的剩余电压不小于额定电压的10%时，可以避免再输入，还可以避免频繁开关和损坏电容器。通过精心设计，可以充分保证无功补偿装置的运行性能、安全性和可靠性。
5、结束语
综上所述，现阶段谐波控制与无功补偿相结合的节能方案目前在我国已经经过了一段时间的实践，但还要受到系统设计、仪器设备以及维护水平等多个方面的影响和限制，在这些方面还需要进行进一步的完善和改进。节能设备的使用，目前已经取得了良好的效果，对煤炭洗选加工企业的经济效益有着很强的促进作用。
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