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应用案例
谐波频谱分布图
负载运行情况
用户基本情况
天津某五金建材金属制品企业主要生产经营PC钢棒、端头板、镀锌丝、改拔丝、30MnSi等产品，企业拥有4条先进生产线，生产线采用中频加热及变频驱动电机，现有2000KVA两台（并联使用）。供电系统图如下：
实际运行数据
2000KVA变压器所带中频炉、变频器最大功率1500KVA，实际功率因数为PF=0.82，工作电流2250A，谐波主要以5次、7次为主，电流总畸变率为23.6%。
电力系统情况分析
中频炉、变频器整流电源主要负荷为6脉动整流，整流设备在工作中在把交流变为直流的同时产生大量的谐波，属典型谐波源；谐波电流注入电网，在电网阻抗上产生谐波电压，引起电网电压电流畸变，影响供电质量及运行安全，使线路损耗及电压偏移增加，对电网和工厂本身电气设备均会产生不良的影响。
可编过程控制器(PLC)对供电电压的谐波畸变很敏感，通常要求总谐波电压畸变率(THD)小于5%，且个别谐波电压畸变率低于3%，较高的畸变量可导致控制设备误动作，进而造成生产或运行中断，导致较大的生产责任事故。
因此，应选用具有滤除谐波功能的滤波无功补偿装置对谐波滤波，对无功功率进行补偿，提高功率因素。
治理目标
根据企业实际情况，我公司针对中频炉、变频器滤波无功补偿设计了整套方案，综合考虑负荷功率因数、谐波滤除，在企业变压器0.4KV低压侧安装一套滤波无功补偿装置对谐波进行滤除，补偿无功功率提高功率因数。
中频炉、变频器工作过程中整流装置产生6K+1次谐波，采用傅立叶级数对电流进行分解变换，即特征谐波产生5次250HZ、7次350HZ高次谐波。故在设计中频炉、变频器滤波无功补偿时要针对250HZ、350HZ频率设计，保证滤波补偿支路在有效滤除谐波的同时补偿无功功率，提高功率因数，使系统谐波符合国标GB/T 14549-93标准。
设计分配
每套2000KVA变压器对应的中频炉、变频器综合功率因数从0.8补偿到0.95以上,5次谐波自420A降到86A,7次谐波自230A降到46A，滤波补偿装置需要安装容量为1060KVar，分6组容量进行自动投切，对应中频炉、变频器整流电源进行滤波补偿，分为5次、7次及精补滤波补偿之路自动进行投切，满足中频炉、变频器滤波及无功补偿的设计要求。此设计充分保证了谐波治理符合国标GB/T 14549-93标准，调节中频炉、变频器功率因数在0.95以上。如下图：
2000KVA变压器所带中频炉、变频器最大功率1500KVA，实际功率因数为PF=0.82，工作电流2250A，谐波主要以5次、7次为主，电流总畸变率为23.6%。
电力系统情况分析
中频炉、变频器整流电源主要负荷为6脉动整流，整流设备在工作中在把交流变为直流的同时产生大量的谐波，属典型谐波源；谐波电流注入电网，在电网阻抗上产生谐波电压，引起电网电压电流畸变，影响供电质量及运行安全，使线路损耗及电压偏移增加，对电网和工厂本身电气设备均会产生不良的影响。
可编过程控制器(PLC)对供电电压的谐波畸变很敏感，通常要求总谐波电压畸变率(THD)小于5%，且个别谐波电压畸变率低于3%，较高的畸变量可导致控制设备误动作，进而造成生产或运行中断，导致较大的生产责任事故。
因此，应选用具有滤除谐波功能的滤波无功补偿装置对谐波滤波，对无功功率进行补偿，提高功率因素。
滤波无功补偿治理方案
治理目标
- 滤波补偿装置设计满足国标GB/T 14549-93标准及无功功率的管理规定。
- 在0.4KV系统运行方式下，滤波补偿设备投运后，中频炉、变频器特征谐波得到有效滤除，谐波滤除率在70%以上，月平均功率因数0.95以上。
- 不因为投入滤波补偿支路而引起谐波的谐振或谐振过电压、过电流。
设计遵循标准
- 电能质量 公用电网谐波 GB/T14519-1993
- 电能质量 电压波动和闪变 GB12326-2000
- 低压无功功率补偿装置总技术条件 GB/T 15576-1995
- 低压无功就地补偿装置 JB/T 7115-1993
- 无功补偿技术条件；JB/T9663-1999《低压无功功率自动补偿控制器》
- 低压电气及电子设备发出的谐波电流限值 GB/T 17625.7-1998
- 电工术语 电力电容器 GB/T 2900.16-1996
- 低压并联电容器 GB/T 3983.1-1989
- 电抗器 GB10229-88
- 电抗器 IEC 289-88
根据企业实际情况，我公司针对中频炉、变频器滤波无功补偿设计了整套方案，综合考虑负荷功率因数、谐波滤除，在企业变压器0.4KV低压侧安装一套滤波无功补偿装置对谐波进行滤除，补偿无功功率提高功率因数。
中频炉、变频器工作过程中整流装置产生6K+1次谐波，采用傅立叶级数对电流进行分解变换，即特征谐波产生5次250HZ、7次350HZ高次谐波。故在设计中频炉、变频器滤波无功补偿时要针对250HZ、350HZ频率设计，保证滤波补偿支路在有效滤除谐波的同时补偿无功功率，提高功率因数，使系统谐波符合国标GB/T 14549-93标准。
设计分配
每套2000KVA变压器对应的中频炉、变频器综合功率因数从0.8补偿到0.95以上,5次谐波自420A降到86A,7次谐波自230A降到46A，滤波补偿装置需要安装容量为1060KVar，分6组容量进行自动投切，对应中频炉、变频器整流电源进行滤波补偿，分为5次、7次及精补滤波补偿之路自动进行投切，满足中频炉、变频器滤波及无功补偿的设计要求。此设计充分保证了谐波治理符合国标GB/T 14549-93标准，调节中频炉、变频器功率因数在0.95以上。如下图：
安装滤波补偿后效应分析
2010年6月中频炉、变频器滤波无功补偿装置安装投运，装置自动跟踪中频炉、变频器负荷变化情况，事实消除高次谐波补偿无功功率，提高功率因数。情况如下：
谐波频谱分布图
滤波补偿前（电流） 滤波补偿后（电流）
滤波补偿前（电压） 滤波补偿后（电压）
负载波形图
滤波补偿前（电流） 滤波补偿后（电流）
滤波补偿前（电压） 滤波补偿后（电压）
功率因数曲线图
滤波补偿装置投入后功率因数0.97左右（凸起部分为切除滤波补偿装置时功率因数只有0.8左右）
负载运行情况
每套2000KVA变压器使用电流从2250A降为1860A，降幅为17%；补偿后功率损耗减少值为WT=△Pd*(S1/S2)2*τ*[1-(cosφ1/cosφ2)2]=24×{(0.85×2000)/2000}2×0.4≈16(kw·h)式中Pd为变压器短路损耗,为24KW,年节省电费开支16*20*30*10*0.7=6.7万元（按每天工作20小时，每月30天，全年10个月，每度电0.7元钱）；由于谐波降低节约的电费： 谐波电流对变压器产生的损耗主要为增加铁磁损耗和铜损,铁磁损耗与谐波电流频率的三次方有关,工程上一般取2%~5%,对于整流负荷,取2%,即: WS=2000*6000*0.7*0.02≈16.8万元，即全年节约电费（6.7+16.8）*2=47（万元）。
功率因数情况
企业当月综合功率因数从0.8提高到0.95，且以后每月功率因数都保持在0.96-0.98，每月都多奖励6000-10000元不等
综上所述变频器滤波无功补偿装置具有很好的滤除谐波和补偿无功的能力，解决了企业无功罚款问题，增强了变压器的输出能力，优化了电能质量，使用电设备性能得到了提升，降低了有功附加损耗，提升了产量，为企业带来了显著的经济效益，用户投资不到一年就收回了投资。因此企业对我公司生产的变频器滤波无功补偿非常满意，并在以后给介绍了不少客户。
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