电力滤波电容器容量的合理选择.docx

电力滤波电容器容量的合理选择
赵贺林海雪
（中国电力科学研究院，北京100085）
REASONABLESELECTINGCAPABILITYOF
POWERFILTERCAPACITOR
ZhaoHeLinHaixue
（ChinaElectricPowerResearchInstitute,Beijing100085）

ABSTRACT:ThePowerfilterareusedbroadlyinpowernetworks.Basedsimpleanalyses,thepaperpresentssomepracticalformulasforcalculatingcapabilityandrelativeparametersofpowerfiltercapacitor.Thecalculationexamplesshowthatareasonableselectingcapabilitycanincreasetheefficiencyoffilterandcompensationobviously,andtheinvestmentofpowerfilterswillbedecreasedgreatly,whileoperatingsafetyisguaranteed.
KEYWORDS:Powernetwork;Powerfilter;Capacitor;Harmonics;Compensation.
摘要：电网中广泛使用电力滤波器。本文在简化分析的基础上导出计算电力滤波电容器的容量和相关参数的若干实用公式。算例表明，合理选择容量会明显增加滤波和补偿效益，在保证运行安全的同时大大降低电力滤波器投资。
关键词：电网；电力滤波器；电容器；谐波；补偿
1概述
电网中所用的电力滤波器，在设计上有很大的参数可选范围，从而出现许多可行的方案。某些滤波器工程由于参数选择不当，造成巨大浪费的事实，说明善于使用合理方法，更全面地处理滤波器中的参数配合关系，有明显的安全和经济效益。
电网中滤波器有三个作用：
滤去（或抑制）谐波源向系统注入的谐波电流；
补偿无功功率，改善负荷侧的功率因数；
调节负荷侧的电压。
实行这些功用都要用滤波电容器作为主要部件，但不同的功用对容量和相关参数要求有很大差别。如果处理实际工程中滤波器设计问题，还需要在几项要求中选取适当方案。
本文就滤波电容器容量选择问题做一个探讨，希望有助于滤波器的合理设计。
2基本公式推导
滤波电容器中要通过工频电流和谐波电流，其中谐波电流由谐波源产生，一般视为谐波电流源，其值不随电源和系统的变化而变化。但流入滤波器的谐波电流是滤波器支路的调谐阻抗与系统谐波阻抗分流的结果。从发热角度，谐波电流Ih与工频电流I1的均方根值，可以作为电容器电流。一般电容器额定电压选择高于系统电压（同时考虑滤波电抗的升压作用和谐波电压作用），将使电容的工频电流小于电容器额定电流，在工频电流上再加上谐波电流应等于或小于电容额定电流（可以考虑过载系数KI）。
设单相电容器容量为Qcr，则
（1）
式中Ecr为电容器额定相电压；
I1、Ih分别为基波和谐波电流；
KI为电容器允许过电流倍数，KI=1.0～1.3（按标准，基波条件下可取1.3，有谐波时宜适当降低）。
（2）
式中EC为电容器上实际电压（略去谐波成分）；
Icr为电容器额定电流。
令滤波器串联电抗率为：
（3）
式中xL、xC分别为滤波电抗器和电容器的基波电抗；
EL、EC分别为滤波电抗器和电容器上的基波电压。
电容器上基波电压可以表示为
（4）
式中Es为加在滤波器上的系统电压。
将式（2）～（4）代入（1），则

由上式即可得
（5）
当通过滤波器的谐波电流Ih已知，在各种额定电压Ecr下由上式可以确定相应的电容器额定容量。
Ih是滤波器通过的最大持续谐波电流，从Ih和Ecr计算电容器容量，一般选取公式是
（6）
式中n为谐波次数。
式（6）来源于用InEn作为电容器n次谐波容量，因此称为“视在容量法”，现在国内用这个值的较普遍（国外还有令的，这里不作讨论）。
图1是一个滤波器的算例。其Ih为15A，KI=1，系统电压为20kV/相，。按式（5）给不同的电容额定电压Ecr值，得出电容器的容量Qcr变化的曲线。在曲线中容量的最小值是675kvar，它发生在电容器额定电压31.82kV。675kvar是最小容量，如果电容额定电压选择高于31.82kV，也会造成容量的加大，虽然仍满足谐波电流的要求，但电容容抗相应增加对滤波也是不利的。将式（5）对Ecr求导，并使导数为零，可以求出容量最小时的电压值：
（7）
相应的最小容量为
（8）

图1滤波电容器容量Qcr与额定电压的关系
在电容器容量和额定电压的选取上，从过电流角度各种电压所对应的容量不能小于