多谐波源的集中治理及变电所的电压、
谐波和无功综合控制策略
杜晓平（丽水电业局，浙江丽水323000）

摘要：通过对丽水地区电网的阻抗特性分析和谐波源的特性调查，制订了多谐波源的集中治理方法。针对谐波源分散、小水电众多且运行方式变化大的特点，提出了相应的变电所电压、谐波和无功综合控制策略，研制了相应的综控器并应用于实际的滤波工程，取得了较好的效果。
1概述
丽水电网特点
　　丽水电网地处浙西南山区，负荷密度较小，小水电资源丰富，电网网架薄弱，主要以110kV主网架覆盖全区9县（市），以35kV、10kV为辐射，小水电为补充电源。各变电所之间的电气距离较远，母线短路容量相对较小。在汛期，水电大发，有功、无功倒送高压电网，但由于输电容量不足，大部分小水电无法送出，为了增加用电量，提高经济效益，吸收一部分高能耗负荷，就地消化小水电电量就显得非常必要了，但也给电网的安全造成了严重的威胁，有必要进行综合治理。
1．2谐波源及分布情况
　　由于浙江经济的特点，中小企业星罗棋布，其运作以市场为导向，随着小五金等行业的发展，大量非线性负荷如中频炉、电弧炉等设备投入运行。出现变电所的一条10kV出线就有几家非线性负荷接入的情况，较远的则通过35kV线路接入。这类负荷单个规模小，但累计的规模很大，靠用户自己进行谐波治理，费用高，难度大，使得丽水电网大多数变电所的谐波水平大大超过国标。表1列出了部分变电所10kV母线的谐波水平。
　　由于中小企业的非线性负荷如中频炉等本身的设备投资不大，如要求配备滤波装置，其设备投资往往与生产设备相当，企业主一般均不愿承担。而一个变电所的10kV母线往往供许多家非线性负荷企业，如仅其中一家投入滤波器，将吸收几家非线性负荷设备产生的谐波电流，有可能会造成滤波器的过载而烧损，这也为谐波治理增加了困难。
1．3谐波造成的危害
　　大量非线性负荷投入电网运行，使公用电网的电压波形发生严重畸变，电能质量下降。已多次发生压变、流变绝缘击穿；电压无功综合控制器无法投入运行；谐波高时电容器不能正常投运；
　　继电保护异常动作；电度表读数不准；功率因数表指示失真；小水电机组有时不能并网发电，有的电厂机组震动强烈、噪声增大、出力受到严重影响。2多谐波源的集中治理
2．1无源滤波器
　　低成本的无源滤波器是目前普遍采用的抑制谐波和无功补偿主要方法，该方法投资少、效率高、结构简单、运行可靠、维护方便。其滤波特性是由系统和滤波器的阻抗比所决定，为了减少线损和提高谐波源发生地的治理效率，其治理地点一般要求在谐波源发生地。这种方法用于容量较大且数量单一的谐波源是合适的。
　　对于小容量、多布点、密集分布的谐波源，用户安装滤波器难度较大，又不能保证各谐波源均设滤波器并同时投入运行。在对电网、对用户的安全、经济运行已经造成严重威胁的情况下，应考虑在变电所对多谐波源采取集中治理的方法。
2．2谐波潮流的计算和滤波器容量确定
　　针对多谐波源的谐波治理，在供电母线设滤波器时，其谐波注入量应计及两部分：
（1）供电区内的谐波性质和发生量。
　　（2）当投入滤波器后，与之相连的各变电所通过各电压等级线路和变压器传递的谐波量。
　　在谐波潮流计算前应对区域电网的谐波进行一个全面详尽的测试，确定该地区的最大谐波发生量及相应的性质和分布。收集建立该地区的谐波潮流计算网络数据。
　　（1）确定装设滤波器的变电所需要的无功补偿量。并根据谐波总注入量与性质确定滤波器的容量和支路分配得到初始参数。进行谐波潮流计算，得出各点的谐波水平和滤波器承载电流和电压。
　　（2）多次修正滤波器参数，重复进行谐波计算，优化滤波效益和减少设备投资。最后确定工程实施参数。在滤波器容量确定和调谐点设置等方面，与单个谐波源的治理不同，滤波器容量确定应考虑各种电网方式下不过载，合理的调谐点设置能防止过渡吸收供电区外的谐波。
2．3全地区电网谐波治理规划
　　由于整个地区电网的谐波水平很高，要进行治理时必需分析电网的网络阻抗特性和该地区的谐波源的分布及特性。对处于电网末端的110kV变电所首先治理，防止谐波电流渗透至高一级电网。对最先投入的滤波器不仅要考虑本变电所供电区域内的谐波源，还要计及与其相联的其余电网谐波的注入。对220kV变电所，合理选择并联电容器的串连电抗率，以抑制3次和5次谐波放大为主。对110kV及以下变电所成片谐波源负荷区进行集中治理，设滤波器。
3电压、谐波和无功综合控制策略
3．1变电所电压、无功控制策略
　　一般变电所的电压和无功按所谓的“九域图”控制，是将变电所内受控母线的电压和受控口子的无功功率（功率因数）的工作范围划为9个工作区域，控制器根据当前受控母线的电压和受控口子的无功功率（功率因数）决定如何对并联补偿设备和变压器分接头进行控制。
　　例如当变电所的工作状态为受控母线的电压低于下限，且受控口子的无功功率（功率因数）低
于下限（功率因数高于上限），此时需要优先投入并联电容器，再视情况决定是否需要调节变压器分接头将受控母线电压升高；当受控母线电压高于上限，但受控口子功率（功率因数）在合格范围内，此时首先调节变压器分接头将受控母线的电压降低到合格范围内。
3．2与滤波器配合使用的电压、谐波及无功综合控制策略
　　为了能够满足在变电所低压出线上接容量不等的小水电，同时又有大量的非线性负荷的工作情况，在电压、无功控制策略的基础上，提出了与滤波器配合使用的电压、谐波及无功综合控制　　策略。在“九域图”的基础上提出了“三十五域图”控制策略。其控制区域示意见图1：

　　在电压、谐波及无功综合控制策略的设计时，重点考虑以下原则和技术要求：
　　（1）为了保证电网和设备的安全运行，按照上级要求结合丽水电网实际，采用电压合格优先，谐波合格次之，无功功率平衡最后的控制策略。
　　（2）在谐波定值的整定上，除了考虑启动值外，还要考虑10kV母线并列运行时，一组滤波装置过载时自动投入第二组滤波装置，以免过载运行。同时考虑滤波装置的返回值，确保在滤波装置退出运行后谐波指标仍能满足国家标准要求。
　　（3）如果滤波装置要治理多次谐波，在投切顺序上应满足先投低次滤波器支路再投高次滤波器支路。切支路的时候相反，应先切高次滤波器支路再切低次滤波器支路，防止高次谐波对低次谐波的放大。
　　（4）为了防止综控器的投切振荡，综控器不仅具有电压谐波检测和分析功能，还引入了滤波器支路的谐波电流检测，用于母线电压谐波控制的返回值控制等。
4景宁变电所治理方案及投运效果实例
4．1基本情况
　　为了实施多谐波源的集中治理及变电所电压、谐波和无功综合控制策略，选择了景宁变电所作为第一个试点，该变电所现有两台主变，1号主变：SFSZ8－31500／110，变比110±8×1．25％／38．5±2×2．5％／10．5；2号主变：SSZ9－31500／110，变比110±6×2．5％／37±2×2．5％／10．5。所供的负荷主要特点为：丰水期，白天有功负荷输出，无功负荷输入，晚上22：00至次日8：00非线性负荷投入，主要为中频炉负荷，有功输入，无功因小水电原因向系统倒送，这一段时间系统谐波严重超标。经谐波测试发现，主要为5次、7次谐波。
　　某日的测试数据是，当受电功率为17MW时，1号主变10kV侧谐波电流为5次48A，7次25A，11次3．7A，13次3A。35kV母线的电压畸变率为4％超过国家标准限值3％要求33％，10kV母线电压畸变率9．17％超过国家标准限值4％要求127％，供电质量极差。
　　同时，该变电所的中低压侧均有大量的小水电接入，其潮流变化较大，电压调节、谐波水平的抑制及无功功率的优化的控制策略变得相当复杂。为此，运用了结合丽水地区电力系统而研制和开发的结合电压、谐波、无功与一体的“三十五域图”的综合控制策略于该变电所。
4．2谐波装置配置方案
　　在10kVⅠ、Ⅱ段母线各设立一组滤波器，每一组由两个支路组成，即5次支路和7次支路。5次支路的滤波电容器容量为3300kvar，7次支路的滤波电容器容量为1800kvar。其中滤波电容器的最大稳态过电流倍数大于1．6。配电压、谐波及无功综合控制器两台，各控制一组滤波器和一台主变。
4．3实测效果
在2002年4月，滤波器投运后进行了实测:110kV景宁变10kV母线电压谐波在滤波器各工况下的测试数据见表2.[1][2]下一页