—工業(yè)與建筑物電氣系統(tǒng)的諧波問(wèn)題之四

1 諧振[1][2]
諧波與并聯(lián)電容器在低壓電網(wǎng)中并存時(shí)，最怕的就是引發(fā)串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振。
1.1 串聯(lián)諧振
若諧波來(lái)自電源系統(tǒng)，則變壓器的電抗和低壓并聯(lián)電容器的電容在一定的參數(shù)下配合，就能引發(fā)串聯(lián)諧振，文獻(xiàn)[1]有數(shù)字實(shí)例，一臺(tái)uk為6%的1000kva變壓器，在低壓母線(xiàn)上接有160kvar的并聯(lián)電容器，結(jié)果引發(fā)了11次諧波的諧振，使電容器中的11次諧波電流達(dá)175a，電容器中的基波電流只有233a，總有效電流iceff為313a，過(guò)載1.35倍，已超過(guò)允許值1.30倍。負(fù)載母線(xiàn)上11次諧波電壓畸變系數(shù)達(dá)6.9%，也已超過(guò)允許值，而低壓電源(含變壓器阻抗zt在內(nèi))母線(xiàn)上的畸變率只有1.5%。
1.2 并聯(lián)諧振
若諧波源來(lái)自低壓側(cè)的非線(xiàn)性負(fù)荷，例如變頻器，則變壓器的電抗(加上電源系統(tǒng)的少量電抗)和低壓側(cè)的電容可構(gòu)成并聯(lián)諧振，文獻(xiàn)[1]也有數(shù)字實(shí)例，低壓側(cè)接有300kva的驅(qū)動(dòng)裝置，其它如變壓器和電容器參數(shù)同，1.1節(jié)串聯(lián)諧振中的實(shí)例，結(jié)果引發(fā)11次諧波的并聯(lián)諧振，使電容器中11次諧波電流達(dá)到212a，已大于電容器中基波的90%，總有效電流達(dá)334a，過(guò)載1.45倍，也超過(guò)允許值1.30倍，其實(shí)負(fù)載的11次諧波電流才39a，又11次諧波電壓的畸變率已達(dá)8.3%，大大超過(guò)允許值。

2 避免諧振的措施
措施之一為改變網(wǎng)絡(luò)元件的電抗電容量值，然而，它的可能性不大，特別當(dāng)電容器組是自動(dòng)控制的場(chǎng)合，將有許多諧振條件都要考慮。同時(shí)要注意，即使系統(tǒng)參數(shù)只是接近諧振頻率也能使電容器組過(guò)電流和電壓畸變率超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。
最常用的方法是與電容器串聯(lián)一個(gè)電抗器，調(diào)諧的諧振頻率低于網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的最低次諧波的頻率，這樣，無(wú)論是串聯(lián)諧振還是并聯(lián)諧振就不會(huì)發(fā)生。
現(xiàn)代的工業(yè)和建筑物電網(wǎng)中完全沒(méi)有諧波電壓和電流是不可能的，那么是否凡并聯(lián)電容器都要串電抗器呢？那也不一定，如果需要串，電抗值取多少呢？下面著重討論1000v以下低壓電網(wǎng)情況。
2.1 并聯(lián)電容器組(不串電抗器)[1]
當(dāng)不存在諧振條件即電網(wǎng)的電抗值和并聯(lián)電容器的電容值所構(gòu)成的諧振頻率比較高而負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流和母線(xiàn)的諧波電壓又很低時(shí)，此時(shí)，不需要考慮降低諧波值，但是iec標(biāo)準(zhǔn)[1]并未給出劃分界線(xiàn)的具體數(shù)據(jù)。筆者認(rèn)為，諧波次數(shù)≥17就可以不考慮，即諧振頻率≥17次諧波。15次諧波是3的整數(shù)倍，一般只存在于單相220v的設(shè)備中，這樣只考慮到了13次就可以了。什么場(chǎng)合一定要串聯(lián)電抗，gb[3]對(duì)此問(wèn)題沒(méi)有提及，廠家[4]在樣本中規(guī)定的條件為gn/sn＜15%，gn為產(chǎn)生諧波設(shè)備的現(xiàn)在功率。sn為變壓器視在功率。筆者認(rèn)為產(chǎn)生諧波的設(shè)備類(lèi)型有幾種，發(fā)射諧波電流的大小也不同，還與一些外部條件的變動(dòng)有關(guān)。因此，規(guī)定 gn/sn＜15%似乎并不明確說(shuō)明什么問(wèn)題，還不如iec標(biāo)準(zhǔn)[1]的條件，至少概念上是明確的。
2.2 失諧濾波器(detuned filter)
按照文獻(xiàn)[1]的定義，失諧濾波器是一種濾波器，它的調(diào)諧頻率比有相當(dāng)大(considerable)，電壓(電流)副值的最低次諧波頻率還要小過(guò)10%多。
以5次諧波為例，其頻率為250hz，小過(guò)10%即為225hz，因此失諧濾波器中的電抗值與電容量之比應(yīng)大于4%/0.81即＞5%。
樣本[4]的失諧濾波器調(diào)諧在215hz上，它是250hz的85%，符合文獻(xiàn)[1]定義的要求，其相對(duì)電抗值為5.5%＞5%。
2.3 調(diào)諧濾波器(tuned filter)
按照文獻(xiàn)[1]的定義調(diào)諧濾波器是一種濾波器，它的調(diào)諧頻率偏離于被過(guò)濾的頻率不得大于10%。因此對(duì)5次諧波而言，它的相對(duì)電抗值(或電抗率)x%應(yīng)為4%＜x%＜5%。
2.4 并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定[3]
該規(guī)范中5.5.2.2規(guī)定“用于抑制諧波，當(dāng)并聯(lián)電容器裝置接入電網(wǎng)處的背景諧波為5次及以上時(shí)，電抗率宜取“4.5%~6%”?？梢?jiàn)文獻(xiàn)[3]并沒(méi)有區(qū)分失諧濾波器和調(diào)諧濾波器。其實(shí)，對(duì)補(bǔ)償用并聯(lián)電容器而言，調(diào)諧和失諧濾波器對(duì)基波都是容性電抗，都有無(wú)功補(bǔ)償能力，只是大小程度不一樣，調(diào)諧濾波器的無(wú)功補(bǔ)償能力強(qiáng)。調(diào)諧或失諧的區(qū)分，是對(duì)指定的諧波次數(shù)進(jìn)行濾波而言的。兩者都有濾波器(抑制諧波)的能力，只是調(diào)諧濾波器的濾波能力更加強(qiáng)。
對(duì)于gb這一條的術(shù)語(yǔ)“抑制諧波”似乎應(yīng)是調(diào)諧濾波器，因而電抗率取4.5%~6%，iec的要求為4%<x%<5%。

3 以上3種裝置應(yīng)用中的注意點(diǎn)
并聯(lián)電容器、失諧濾波器、調(diào)諧濾波器這三種裝置在應(yīng)用中的注意點(diǎn)如下。
3.1 并聯(lián)電容器
通常對(duì)一臺(tái)配電變壓器而言，并聯(lián)電容器可以分散多級(jí)配置，已經(jīng)安裝好投入運(yùn)行后，如果情況變化再來(lái)考慮避免諧振的問(wèn)題，就會(huì)非常困難，即使只在一處裝有補(bǔ)償并聯(lián)電容器，也不能串聯(lián)電抗器就完事，因這將使電容器過(guò)流和過(guò)電壓。因此在確定選用那種裝置時(shí)，不但要分析網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的諧波情況，還要考慮到將來(lái)情況的變化。
3.2 失諧濾波器
如上所述，它不能利用已運(yùn)行的并聯(lián)電容器串聯(lián)電抗器來(lái)構(gòu)成，通常它也不能和并聯(lián)電容器或/和調(diào)諧濾波器混裝在一起并聯(lián)運(yùn)行，因?yàn)樵谒鼈冎g的諧波負(fù)載的分配不大可能剛好和它們的定額參數(shù)相匹配，結(jié)果將造成部分裝置的過(guò)載。
3.3 調(diào)諧濾波器
通常，濾波器調(diào)諧的頻率只考慮奇數(shù)次特征頻率，不考慮3的估算次，即只考慮5，7，11，13，17，19等次數(shù)，但是當(dāng)有接于線(xiàn)間或線(xiàn)一中線(xiàn)間的單相負(fù)載時(shí)，就要考慮3及3的倍數(shù)次諧波。在分合操作時(shí)，全部濾波器單元應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，假定要求分開(kāi)單獨(dú)操作，在合閘時(shí)，先合5次，再7、11次等按上升規(guī)律進(jìn)行，分閘時(shí)，則將順序倒過(guò)來(lái)，即先分?jǐn)嘧罡叽蔚摹?BR>同一調(diào)諧頻率的濾波器的并聯(lián)運(yùn)行可能會(huì)帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題:
(1) 由于參數(shù)的偏差，不可能有完全相同的諧波阻抗，致使有的可能過(guò)載;
(2) 有可能在彼此間引發(fā)并聯(lián)諧振
在這種場(chǎng)合將運(yùn)行中的彼此間的中間點(diǎn)(即電抗器和電容器的連接點(diǎn))用附加的觸點(diǎn)連接起來(lái)是有利的辦法。

4 相對(duì)電抗值的大小決定了是哪類(lèi)濾波器
對(duì)5次諧波而言，絕對(duì)準(zhǔn)確諧振時(shí)的相對(duì)電抗值是4%，按iec標(biāo)準(zhǔn)[1]的規(guī)定，x%＞5%是失諧濾波器。4％<x％<5％是調(diào)諧濾波器。
4.1 為何對(duì)4%一定要有一些偏離
這是考慮部件電容值和電抗值在制造中的容差，受溫度和老化的影響，受電流變化的影響，而且電網(wǎng)的基波頻率也可能略有變化。
4.2 這么小的偏離值是否太嚴(yán)格
偏離4%愈小，濾波效率愈高，當(dāng)然是好事，但對(duì)電抗器的設(shè)計(jì)制造提出了嚴(yán)格要求。iec[1]的要求:電抗值制造容差為±3%對(duì)大多數(shù)濾波器應(yīng)用是可以接受的。當(dāng)負(fù)載電流從額定值到最大值時(shí)，電抗值的變化不能＜5%。通常低壓濾波器電抗器帶鐵心，正常運(yùn)行中的任何情況下鐵心都不應(yīng)飽和(變成非線(xiàn)性)和發(fā)生鐵磁諧振，iec[1]沒(méi)有對(duì)電容器電容值的容差提出要求，電容值的容差按自愈式低壓電容器中的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)[8]，對(duì)＜100kvar為-5%到+15%。對(duì)>100kvar為0%到+10%，因此電容值偏差也是不能忽略的，要整體考慮電抗值和電容值的制造容差，因此實(shí)際產(chǎn)品的x%取值靠近5%，也是完全可行的，gb[3]取值4.5%＜x%＜6%在設(shè)計(jì)制造上相對(duì)較易，但濾波器效率要差。

5 失諧與調(diào)諧還有那些不同？
工業(yè)與建筑電網(wǎng)中有一定量的諧波時(shí)，工程設(shè)計(jì)是選擇失諧濾波器還是調(diào)諧濾波器？以5次諧波為例，這兩者的區(qū)別若以相對(duì)電抗作為分界線(xiàn)，在這一點(diǎn)是差別不大的，但是在下列各點(diǎn)上都有不小的差別。
5.1功能上的不一樣
調(diào)諧濾波器的相對(duì)電抗為4%＜x%＜5%，愈接近4%濾波效果愈好，因此其功能主要是濾波，附帶有無(wú)功補(bǔ)償功能。失諧濾波器的相對(duì)電抗x%＞5%，也有濾波功能和無(wú)功補(bǔ)償功能，但x%愈大，這兩項(xiàng)功能的效果就愈降低，其主要功能目標(biāo)是無(wú)功補(bǔ)償。
5.2部件的定額選擇不同
調(diào)諧濾波器的電流要考慮通過(guò)的諧波電流和基波電流(無(wú)功)，設(shè)計(jì)時(shí)要確定諧波電流，(確定x%后，就都可算出)。失諧濾波器設(shè)計(jì)時(shí)要先確定補(bǔ)償無(wú)功的功率，確定x%后，即可計(jì)算出諧波電流，至于電抗和電容分別承受的電壓計(jì)算方法對(duì)兩種濾波器都一樣，不過(guò)失諧濾波器中的電容器承受的電壓比電網(wǎng)額定電壓要更高一些。
5.3 對(duì)部件的性能參數(shù)的要求不同
調(diào)諧濾波的x%限制在4%和5%之間，只有1%的的區(qū)間，由于要考慮溫度和負(fù)載的變化等對(duì)x%產(chǎn)生的不利影響。因而對(duì)部件的設(shè)計(jì)制造或選擇都提出了嚴(yán)格的要求，如上面4.2節(jié)介紹的那樣，而失諧濾波器的x%限制為＞5%，自由空間較大，x%比5%大得多一點(diǎn)，如6%或7%或更大，也不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)題。諧調(diào)濾波器則不同，一旦實(shí)際的x%小于4%，就有與電源電抗或其它濾波器發(fā)生諧振的可能，其不良后果要嚴(yán)重得多。
5.4 價(jià)格上的可能不同
由于調(diào)諧濾波器對(duì)部件的性能參數(shù)的容差和穩(wěn)定性要求嚴(yán)格，和失諧濾波器相比，在承載定額相同的條件下，前者的價(jià)格會(huì)高些，后者由于容抗和感抗要多抵消一些，對(duì)價(jià)格也有一些升高，但估計(jì)對(duì)價(jià)格不會(huì)有大的影響。

6 選調(diào)諧還是失諧，或純并聯(lián)電容器
6.1 并聯(lián)電容器
如前面2.1節(jié)所述，當(dāng)不存在諧振條件即電網(wǎng)的電抗值和并聯(lián)電容器的電容值形成的諧振頻率比較高(例≥17次)而負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流和母線(xiàn)的諧波電壓又很低時(shí)，則選用純并聯(lián)電容器[1]。
6.2 調(diào)諧還是失諧？
前已說(shuō)明，兩種濾波器均串有電抗器，均能避免諧振，均能補(bǔ)償無(wú)功，也均能補(bǔ)償諧波，只是調(diào)諧比失諧濾波器同時(shí)對(duì)二者的補(bǔ)償能力要高。如果現(xiàn)在電網(wǎng)的諧波電壓已經(jīng)超標(biāo)，毫無(wú)疑問(wèn)要選用調(diào)諧濾波器，如果現(xiàn)在電網(wǎng)的諧波電壓比標(biāo)準(zhǔn)的容許值低，而現(xiàn)在可以予計(jì)到將來(lái)有諧波源負(fù)載增加，超標(biāo)的可能性極大，寧肯現(xiàn)在就裝上調(diào)諧濾波器，將來(lái)加裝規(guī)格性能相同的調(diào)諧濾波器也容易些，它們的并聯(lián)運(yùn)行使過(guò)濾的諧波電流也易于實(shí)現(xiàn)均勻分配，如果不考慮發(fā)展，只顧目前裝設(shè)失諧濾波器，一旦諧波負(fù)荷增加，就要改裝為調(diào)諧濾波器，但改造起來(lái)是費(fèi)事的?，F(xiàn)代由于生產(chǎn)工藝和節(jié)約電能，都有可能將異步機(jī)改造成變頻調(diào)速，已有一些工礦企業(yè)諧波負(fù)荷逐年增長(zhǎng)，致使原有的并聯(lián)電容器由于諧振不得不退出運(yùn)行，也不得不承受低功率因數(shù)罰款，此外諧波電壓還使系統(tǒng)運(yùn)行變得困難。
要注意，無(wú)論失諧或調(diào)諧濾波器都有無(wú)功補(bǔ)償能力，工程設(shè)計(jì)時(shí)要事先考慮到，無(wú)功補(bǔ)償可能會(huì)形成過(guò)電壓。

7 選型的再深入討論
德國(guó)賽通電氣公司在產(chǎn)品介紹中刊載了選型指南[5]，這是筆者所見(jiàn)出現(xiàn)在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品樣本中關(guān)于選型指南最為詳細(xì)且有定量指標(biāo)的一種，若將它和iec標(biāo)準(zhǔn)[1]相對(duì)照，看看有些什么不同？對(duì)我們有何啟發(fā)？因?yàn)檫@個(gè)選型問(wèn)題是工程設(shè)計(jì)者最關(guān)心的問(wèn)題之一。
7.1 三類(lèi)裝置 名稱(chēng)不一
這不是大問(wèn)題，筆者建議國(guó)內(nèi)統(tǒng)一按iec標(biāo)準(zhǔn)來(lái)稱(chēng)呼:

7.2 賽通公司的區(qū)分指標(biāo)
若將文獻(xiàn)[5]中的信息匯總，可制成表2。
上述第一組指標(biāo)是用來(lái)區(qū)別選并聯(lián)電容器還是選失諧濾波器，第二組指標(biāo)則是用來(lái)區(qū)別選失諧濾波器還是調(diào)諧濾波器，表1中的v3、v5、v7分別為3次、5次、7次諧波電壓有效值對(duì)基波的相對(duì)值，thv即thd為總諧波畸變率。如果電網(wǎng)的諧波超過(guò)表1中的第一組指標(biāo)，則應(yīng)選用失諧濾波器。其中，如果v3＞0.5%，則失諧濾波器的相對(duì)電抗率應(yīng)＞1.1×9%=13.5%，賽通公司選為14%是合適的，如果v5＞2%，則相對(duì)電抗率應(yīng)＞1.1×4%=4.84%，賽通公司定為5.67%也是合適的，這種5.67%相對(duì)電抗率的場(chǎng)合下，v3一定不能大于0.5%，否則相對(duì)電抗值就應(yīng)選定為14%。

7.3 對(duì)第一組指標(biāo)的討論
iec標(biāo)準(zhǔn)[1]對(duì)并聯(lián)電容器的使用條件限制,前面已有討論,即不需要考慮避免諧振,也不需要降低諧波,因?yàn)椴⒙?lián)電容器串聯(lián)電抗,就可以同時(shí)達(dá)到避免諧振和降低諧波這兩個(gè)目的(當(dāng)然,設(shè)置并聯(lián)電容器是為了無(wú)功補(bǔ)償)。
避免諧振有兩層含義，即:
系統(tǒng)參數(shù)的自然諧振頻率不在低次諧波區(qū);
即使在低次諧波區(qū)，但電網(wǎng)的低次諧波電壓值很低，其能量不足以維持諧振。
(1) 系統(tǒng)的自然諧振頻率，如果諧波來(lái)自中壓，則是變壓器電抗和電容器容量構(gòu)成串聯(lián)諧振。如果諧波來(lái)自低壓側(cè)，則是并聯(lián)諧振，其諧振頻率的近似值均可用下式表示:

(1)

式中: f1—基波頻率;
xc1—基波下的電容器容抗;
xt1—變壓器短路阻抗。
要注意，并聯(lián)電容器如果有多組可以投切時(shí)，則xc1相應(yīng)于各組的值都要考慮，按照上式近似值，就可以判斷自然諧振頻率在什么區(qū)段。
(2) 在低次的諧波段內(nèi)，由于電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波電壓值很低，即使自然諧振頻率在此段內(nèi)也不能諧振，這個(gè)很低的諧波電壓值(iec標(biāo)準(zhǔn)[1]用詞很低very low)，如果加以定量的話(huà)是否就是表2中賽通公司推薦的第一組指標(biāo)呢？低壓電網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，xc1和xt1構(gòu)成了低壓網(wǎng)絡(luò)容抗和電抗的絕大部分，并聯(lián)電容器即使可能分散布置也不難將其等效合成，通常架空網(wǎng)絡(luò)幾乎沒(méi)有，電纜網(wǎng)絡(luò)的電容與并聯(lián)電容器相比也不可計(jì)。因此，似乎理應(yīng)可以提出定量指標(biāo)，但很難用理論計(jì)算多少諧波能足以維持諧振(和諧振回路的電阻相對(duì)值大小也有很大有關(guān)系)，目前，似乎依靠的是實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，賽通電氣公司的數(shù)據(jù)也許是經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，而iec標(biāo)準(zhǔn)是否認(rèn)為提出數(shù)據(jù)尚缺乏足夠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，或有其它考慮，這就不得而知了！
(3) 如果根據(jù)公式(1)計(jì)算出的電網(wǎng)參數(shù)自然諧振頻率不在低次諧波段，即使不串電抗器，其諧波電壓值可以高多少？是否按允許的諧波電壓這一因數(shù)來(lái)決定，如果需要降低諧波電壓，則仍然要串電抗器。
(4) 不串電抗器，有諧波是否會(huì)使并聯(lián)電容器過(guò)流過(guò)電壓超過(guò)允許值？
串了電抗器，反而會(huì)使電容器的電壓超過(guò)電網(wǎng)電壓，電流也會(huì)增加，因此要正確選擇并聯(lián)電容器的定額參數(shù)。
常用的低壓自愈式電容器，考慮到工頻過(guò)電壓、諧波諸因數(shù)的影響，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)[8]允許有1.3倍的長(zhǎng)期過(guò)電流。因此，有諧波但不串電抗如果不諧振并不一定使并聯(lián)電容器過(guò)流和過(guò)壓，有諧振才是最大最主要的危險(xiǎn)。
7.4 對(duì)第二組指標(biāo)的討論
使用第二組指標(biāo)是用來(lái)確定什么場(chǎng)合需要裝設(shè)濾波器。iec標(biāo)準(zhǔn)[6]有規(guī)定，文獻(xiàn)[7]有介紹，現(xiàn)摘錄如下并和賽通第二組數(shù)據(jù)作比較，如表3所示。

按照iec的規(guī)定，上述兼容水平值適用于公用電網(wǎng)和工廠第2類(lèi)電網(wǎng)，工廠第1類(lèi)電網(wǎng)的要求要嚴(yán)格，第3類(lèi)電網(wǎng)則寬松，即允許的諧波電壓還可高一些。電網(wǎng)的諧波水平如果超過(guò)上述兼容值，最后一個(gè)措施就是安裝調(diào)諧濾波器(或有源濾波器)。比較表3的兩組數(shù)據(jù)，對(duì)v5和v7而言，賽通的指標(biāo)低了1%，這不難理解，應(yīng)是為了減少風(fēng)險(xiǎn)，但v3為何卻相差如此懸殊(10倍)？

總之，iec既然公布了電網(wǎng)的諧波兼容性水平，區(qū)分選擇失諧濾波器和調(diào)諧濾波器的條件應(yīng)該是明確的。

還有一個(gè)問(wèn)題，為什么電網(wǎng)的諧波水平嚴(yán)重到按接表3所示數(shù)據(jù)時(shí)才考慮用調(diào)諧濾波器，是調(diào)諧濾波器比失諧濾波器價(jià)格高出很多？還是出于技術(shù)上的原因？如果是后者，選用失諧濾波器唯一的突出優(yōu)點(diǎn)是今后再發(fā)生諧振的可能性較小，因其x%值較大，而且x%只有一個(gè)規(guī)格。

8 無(wú)源濾波器的型式
通常考慮濾波器為1階2階和3階(見(jiàn)圖1~圖5)，根據(jù)技術(shù)或經(jīng)濟(jì)原因可以考慮有阻尼的電路。若選用阻尼濾波器，就要評(píng)算損耗，濾波器調(diào)諧頻率最常見(jiàn)為5，7，11，13，17，19，23，25。

圖1 1階濾波器 圖2 2階(帶通)濾波器 圖3 2階(用電阻阻尼)濾波器

圖4 3階(阻尼)濾波器 圖5 3階(c型)濾波器

如果要確保允許的諧波水平，就要考慮電容器和電抗器的制造容差。對(duì)濾波器不是通常都可能同時(shí)保持電壓水平和功率因數(shù)在規(guī)定的極限值內(nèi)。
無(wú)論低壓或中壓，圖2的帶通濾波器是最常用的，其它類(lèi)型的濾波器的應(yīng)用情況見(jiàn)文獻(xiàn)[2]。

9 再議濾波器的外特性參數(shù)
筆者在文獻(xiàn)[9]第8節(jié)已討論這個(gè)問(wèn)題，這里再深入展開(kāi)討論。
由于濾波器(包括調(diào)諧和失諧二大類(lèi))目前尚無(wú)iec和gb的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，制造廠在產(chǎn)品樣本中向用戶(hù)提出的技術(shù)參數(shù)很少。這使得本來(lái)略顯復(fù)雜的諧波抑制技術(shù)，更變得模糊不清，不但電氣設(shè)計(jì)人員避而遠(yuǎn)之，不知如何選擇應(yīng)用，也使得產(chǎn)品銷(xiāo)售人員不易講透徹產(chǎn)品的用途和應(yīng)用范圍，實(shí)有礙于濾波器的普及使用。另一方面，由于電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，諧波問(wèn)題又日益增多。
另一個(gè)問(wèn)題是，制造廠即使公布了濾波器的必要技術(shù)參數(shù)，經(jīng)過(guò)一定的工程設(shè)計(jì)程序，用戶(hù)是否可以從市場(chǎng)買(mǎi)來(lái)濾波器商品像配電柜一樣安裝使用呢？
筆者認(rèn)為至少在低壓網(wǎng)絡(luò)上使用單調(diào)諧濾波器的場(chǎng)合有這種可能性，不管怎樣，有了濾波器的必要參數(shù)，也能使濾波器的性能透明化，技術(shù)參數(shù)明朗化，便于用戶(hù)對(duì)濾波器作性能價(jià)格比，雖然目前iec尚無(wú)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，相信有朝一日總會(huì)有的，制造廠家現(xiàn)在就公布必要的經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證的性能參數(shù)，相信可以獲得用戶(hù)的好評(píng)和信賴(lài)。
單臺(tái)單調(diào)諧低壓濾波器的基本的必要電氣參數(shù)，對(duì)用戶(hù)的使用值以及對(duì)其評(píng)述介紹如下。
9.1 額定電壓、過(guò)電壓能力及持續(xù)時(shí)間
筆者所見(jiàn)中外幾家產(chǎn)品樣本中，只有一家載有過(guò)電壓能力及持續(xù)時(shí)間的指標(biāo)，其實(shí)這是必要的，特別在某些特殊場(chǎng)合，三相供電電壓允許偏差超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)還是有可能的，有些廠家公布了所選電容器的額定電壓，還不如同時(shí)公布濾波器的整體參數(shù)來(lái)得實(shí)用。
9.2 額定無(wú)功補(bǔ)償功率(kvar)
所有廠家都公布了這個(gè)功率，這有必要，如果忽略了它，一旦出現(xiàn)了過(guò)補(bǔ)償，造成母線(xiàn)電壓升高，會(huì)危及電氣裝置及設(shè)備的安全運(yùn)行。
9.3 允許諧波電流
筆者所見(jiàn)只有一個(gè)廠家公布了這個(gè)參數(shù)，約等于額定基波電流(在補(bǔ)償功率為30kvar時(shí)，允許諧波電流為43a)，其實(shí)這個(gè)參數(shù)非常必要。因?yàn)闉V波器在通過(guò)基波電流的同時(shí)，還會(huì)通過(guò)諧波電流(絕大部分是調(diào)諧的諧波電流)，二者的合成有效值是濾波器的主要熱量來(lái)源因素。

(2)

(當(dāng)i1≈ih時(shí))明確了這個(gè)允許諧波電流，也就宣告了產(chǎn)品(即包括構(gòu)成濾波器的電感，電容器的連接導(dǎo)體)的承受全部電流的能力，也決定了廠家對(duì)電抗器和連接導(dǎo)體截面的選擇和電容器的選擇。
9.4 單調(diào)諧濾波器的諧波阻抗值z(mì)h
濾波器安置在電網(wǎng)中時(shí)，單臺(tái)濾波器可能吸收多少諧波電流，決定于濾波器的諧波阻抗和電源系統(tǒng)(主要考慮配電變壓器的漏抗以及當(dāng)諧波源在低壓網(wǎng)中時(shí))的比較。對(duì)諧波源來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)阻抗是并聯(lián)的，濾波器的諧波阻抗愈低，送往電源系統(tǒng)的諧波電流愈少，濾波效率也就愈高。如果全部諧波電流中有70%通過(guò)濾波器，可以說(shuō)濾波效率為70%。目前，一些制造廠只說(shuō)自己產(chǎn)品的濾波效率的范圍或平均值，因?yàn)闉V波效率和變壓器的阻抗(即和功率大小)有關(guān)，因此濾波效率是一個(gè)不確定的參數(shù)。諧波的阻抗則是一個(gè)非常有用的確定值，知道了它，就可以計(jì)算出一個(gè)工程的較準(zhǔn)確的濾波效率，連同濾波器的允許諧波電流，最終可以選定濾波器的定額(單臺(tái)或多臺(tái)并聯(lián))，并且可以核算經(jīng)濾波治理以后，該次諧波電壓是否已降至標(biāo)準(zhǔn)允許值之內(nèi)，但是到目前為止，尚沒(méi)有一個(gè)廠商公布其單調(diào)諧波濾波器的阻抗值。雖然也可以從某些樣本中的其它參數(shù)推出zh，總不如直接給出來(lái)得明快。
9.5 電抗率
iec標(biāo)準(zhǔn)中也有叫相對(duì)電抗

，知道了它，就知道了濾波器的調(diào)諧頻率。若忽略電阻，則濾波器的諧波阻抗

(3)

可見(jiàn)這兩者有密切聯(lián)系。按iec要求，調(diào)諧5次的濾波器的p為4%＜p＜5%，一個(gè)產(chǎn)品，對(duì)濾波5次而言，其p值愈接近4%(但必須大于4%)，其5次諧波阻抗愈小，濾波及無(wú)功補(bǔ)償效果愈好，但做到p值接近4%且＞4%是不容易的，要考慮到電感值和電容值的設(shè)計(jì)制造容差，隨溫度和使用期長(zhǎng)短的變化，筆者所見(jiàn)，只有一家的產(chǎn)品的p=5%，所見(jiàn)產(chǎn)品樣本中，這是最小的了。
5次單調(diào)諧濾波器的相對(duì)電抗p=5%對(duì)于我國(guó)電網(wǎng)的運(yùn)行是否安全，是否有必要還要提高到6%？沒(méi)有必要，因?yàn)槲覈?guó)電網(wǎng)頻率允許偏差即使在電網(wǎng)容量小時(shí)也只允許為±0.5hz即±1%，由于非3的倍數(shù)的奇數(shù)次諧波是特征諧波，因此可見(jiàn)電網(wǎng)頻率的變化并不是大問(wèn)題。至于產(chǎn)品參數(shù)的容差，隨電流、溫度和時(shí)間老化的穩(wěn)定性等，那是制造廠是否加以控制和保證的問(wèn)題，廠家樣本宣布相對(duì)電抗p=5%，那就是在任何條件下任何時(shí)候都會(huì)≤5%和＞4%的，或者加注上容差也是可以的。總之，調(diào)諧濾波器至少需要上述5個(gè)參數(shù):
(1) 額定電壓，過(guò)電壓能力是持續(xù)時(shí)間;
(2) 額定無(wú)功補(bǔ)償功率;
(3) 允許諧波電流;
(4) 單調(diào)諧諧波電抗值;
(5) 電抗率。
失諧濾波器的要求則可以簡(jiǎn)化些。上面的要求也適用用于中壓?jiǎn)握{(diào)諧波濾波器。
這些參數(shù)只是必要的基本電氣參數(shù)，還有其它參數(shù)，例如允許環(huán)境條件等等參數(shù)用戶(hù)也都是必要的。但是，有了這5項(xiàng)必要的基本的電氣參數(shù)，就可以使得濾波器的電氣特性明朗清晰，方便于進(jìn)一步應(yīng)用。

10 無(wú)源濾波器兩種能力的協(xié)調(diào)
10.1 實(shí)際情況的多樣化
無(wú)論濾波器是失諧的還是調(diào)諧的，都有兼有濾波和無(wú)功補(bǔ)償兩種功能，一旦單調(diào)濾波器成為產(chǎn)品，可能還很難適應(yīng)各種不同工程項(xiàng)目中的不同諧波治理要求和不同無(wú)功功率補(bǔ)償要求，企業(yè)的這種復(fù)雜情況表現(xiàn)如下:
(1) 在無(wú)功方面:可能是穩(wěn)定的，但有大小之分，即自然功率因數(shù)cosφ不同，無(wú)功也可能不穩(wěn)定，不穩(wěn)定的范圍有大有小，變動(dòng)的速度有快有慢。交-直-交變頻器本身的諧波大，但無(wú)功小，要注意。
(2) 在諧波方面:除了有大小、是否穩(wěn)定和變動(dòng)快慢之別外，還有諧波次數(shù)之分，如3次、5次、7次、11次、13次等等，對(duì)不同企業(yè)各次諧波都有自己的大小和變動(dòng)的特點(diǎn)。
總之，嚴(yán)重情況下大參數(shù)有諧波與無(wú)功兩大類(lèi)，諧波次數(shù)至少有4～5種之多，若將大小考慮進(jìn)去并進(jìn)行排列組合，則濾波器的規(guī)格品種選擇就復(fù)雜化了。
10.2 應(yīng)對(duì)策略
為了減少規(guī)格品種數(shù)量，向產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化方向邁進(jìn)，在產(chǎn)品生產(chǎn)和工程設(shè)計(jì)應(yīng)用方面，宜采取下列措施:
(1) 在功能目標(biāo)方面，一般來(lái)說(shuō)優(yōu)先保證無(wú)功補(bǔ)償，以滿(mǎn)足電力系統(tǒng)要求，但絕不要過(guò)補(bǔ)償，在諧波方面，盡量降低各次諧波電壓水平直到不會(huì)成為引發(fā)諧振的因素。要注意，不同的工業(yè)電網(wǎng)可以有不同的諧波兼容性水平(iec標(biāo)準(zhǔn)分為三類(lèi))，公用電網(wǎng)可與電力部門(mén)協(xié)商，因此諧波降到什么水平，有一定的變動(dòng)空間。對(duì)諧波兼容水平要求特別嚴(yán)格的場(chǎng)合則可選用有源濾波器;
(2) 產(chǎn)品功率單元化，這一點(diǎn)似乎大多數(shù)產(chǎn)品已如此。例如以30kvar為單元，多個(gè)單元并聯(lián)，通過(guò)切換可以有不同的功率變化;
(3) 產(chǎn)品功率單元切換的智能化，在保證不過(guò)補(bǔ)償?shù)M量提高功率因數(shù)前提下，合理有序的投切各次諧波濾波器的整體或部分單元。以降低各次諧波電壓值。
10.3 工程設(shè)計(jì)中無(wú)源濾波器選擇配合程序大綱
(1) 在一臺(tái)配電變壓器的低壓側(cè)，事先計(jì)算出無(wú)功功率最大變動(dòng)范圍，按最大無(wú)功負(fù)荷配置無(wú)源濾波器的總功率(基波補(bǔ)償功率);
(2) 估算出低壓側(cè)各次諧波的可能最大諧波電流;
(3) 按各次諧波電流大小，確定電容器是否需要串聯(lián)電抗器，這里的關(guān)鍵是如何區(qū)分選擇？是否可以這樣考慮:各次諧波電流乘上變壓器的諧波阻抗得出的諧波電壓超出標(biāo)準(zhǔn)值的80%或現(xiàn)在未超但不久即可能超過(guò)的，優(yōu)先采用調(diào)諧濾波器;
(4) 將無(wú)功功率也按各次諧波電流相對(duì)大小分配在各次的單調(diào)諧濾波器上，然后復(fù)核濾波器的諧波電流是否會(huì)過(guò)負(fù)荷，濾波后的諧波電壓降低是否滿(mǎn)意，總體上一般以無(wú)功不過(guò)補(bǔ)，諧波可放松些為原則。即使如此，還可能需要反復(fù)多次，有計(jì)算機(jī)程序可以快捷得到結(jié)果;
(5) 運(yùn)行中，如果無(wú)功負(fù)荷降低，根據(jù)情況應(yīng)切除部分濾波器單元，利用智能控制器來(lái)完成控制任務(wù)。