冷库工程变频压缩机组的谐波治理

压缩机组应用最广泛的是电压源交 - 直 - 交变频器，这种变频器由整流器（交流整流成直流）和逆变器（直流逆变成交流）两部分组成。通常，整流器为三相桥式不可逆或可逆整流，输出侧有大电容可看作是电压源，逆变器为PWM方式。

对电网而言，变频器就是一个整流装置，其网侧谐波电流次数h = km ± 1（k = 1，2，3 ……，m = 整流器整流脉波数）。

整流器为三相桥式整流（m = 6）时，变频器网侧谐波电流的次数为5、7、11、13、17、19、23、25 …… 在考虑谐波电流的影响时，一般情况下考虑到25次已足够。

由于整流器的负载是电容 - 电阻性质，因此理论计算网侧谐波比较复杂。很多变频器厂商都可以提供变频器谐波含量的数据或资料，读者可以据此计算谐波含量。如果得不到相关的数据或资料时，也可由表1来计算变频器的谐波含量。

某工程选用2台变频压缩机组，变频器的数据如表2所示。

计算谐波源1在100 % 负载率时的各次谐波电流，根据表1可求得：I ₅ = 600 × 32 % = 192 A；I ₇ = 600 × 9.1 % = 54.6 A；I ₁₁ = 600 × 6.2 % = 37.2 A；I ₁₃ = 600 × 3.5 % = 21 A；I ₁₇ = 600 × 2.5 % = 15 A；I ₁₉ = 600 × 1.9 % = 11.4 A； I ₂₃ = 600 × 1.3 % = 7.8 A； I ₂₅ = 600 × 1.2 % = 7.2 A。

计算谐波源2在100%负载率时的各次谐波电流，根据表1可求得：I ₅ = 720 × 32 % = 230.4 A；I ₇ = 720 × 9.1 % = 65.5 A；I ₁₁ = 720 × 6.2 % = 44.6 A；I ₁₃ = 720 × 3.5 % = 25.2A；I ₁₇ = 720 × 2.5 % = 18 A；I ₁₉ = 720 × 1.9 % = 13.7 A；I ₂₃ = 720 × 1.3 % = 9.4 A；I ₂₅ = 720 × 1.2 % = 8.6 A。

两个谐波源的同次谐波电流在一条线路的同一相上叠加时，合成的谐波电流：

计算可得：∑ I ₅ = 382.85 A，∑I ₇ = 99.23 A， ∑ I ₁₁ = 60.6 A，∑I ₁₃ = 33.44 A，∑I ₁₇ = 23.43 A，∑ I ₁₉ = 17.82 A，∑ I ₂₃ = 12.21 A，∑ I ₂₅ = 11.22 A。谐波电流含量I _H = （382.85 ² + 99.23 ² + 60.6 ² + 33.44 ² + 23.43 ² + 17.82 ² + 12.21 ² + 11.22 ² ） ^1/2 = 402.93 A 。

根据计算结果，本工程选用500 A的有源滤波器。从图1、图2可以看出：治理前低压侧（0.4 kV）的电压总谐波畸变率约5.7 %，电流总谐波畸变率约30 %；治理后的电压总谐波畸变率约2.1 %，电流总谐波畸变率约6.8 %。从图3、图4可以看出：治理前低压侧（0.4 kV）的5次谐波电压畸变率约4.8 %，电流谐波畸变率约26 %；治理后的5次谐波电压畸变率约1.7 %，电流谐波畸变率约6.4 %。满足GB / T 14549 - 1993《电能质量 公用电网谐波》的谐波限值规定。

冷库工程以三相负荷为主，当采用变频压缩机时，5、7次谐波的含量大，用户母线上除谐波源外还有电力电容器、变压器等，系统中电感性、电容性、电阻性负荷经常变动，在一定的频率下，可能存在串联或并联的谐振条件。当系统中某次频率的谐波足够大时，就会造成危险的过电压或过电流，无功补偿回路的电容器很容易因为过电压或过电流而损坏。要解决此问题，一方面要适当控制谐波源，另一方面是设法消除系统参数的不利配合。

由表4回路特性分析可见，无功功率补偿回路要实现抑制谐波的效果，应使回路阻抗呈电感性，即nX _L  >]X _C / n，X _L = ωL = 2πfL，X _C = 1/ωC = 1/2πfC。设n次谐波条件下的频率为f _n ，设电抗率P = X _L / X _C = ωL · ωC，ω为基波角速度，基波的频率50 Hz，可得：

当以5、7次谐波为主时，将f ₅ = 250 Hz带入式（2），求得P > 0.04。

根据《钢铁企业电力设计手册》，为减少谐波流入电容器和合闸涌流，可串联适当参数的电抗器。其感抗值的选择应使在可能产生的任何谐波情况下，均使电容器回路的总电抗为感抗而不是容抗，从而消除谐振的可能。电抗器的感抗值按下式计算：

对6相整流线路，n = 5，则X _L = 1.2X _C /5 ²  ≈ 0.05X _C ，即电抗率P ≈ 0.05。

综合以上计算结果，当无功功率补偿柜电容器前端串接电抗率不小于5 % 时，对5次及以上谐波起抑制作用可以保护电容器。在冷库工程设计中通常选择的串联电抗率为7 %，可以根据发生谐振的条件f _n = 50/√P进行计算：当电抗率P = 5 %，谐振点的f _n =50/√0.05 ≈ 224Hz；当电抗率P = 7 %，谐振点的f _n = 50/√0.07 ≈ 187Hz，都可以避免5次及以上谐波（250 Hz及以上谐波）发生谐振。相对于电抗率5 %，串联电抗率为7 % 离谐振点更远，对谐波电流的抑制能力更强，电容器更不容易过载。从保护电容器、保证无功补偿装置安全运行的角度考虑，选择串联电抗率7 % 更适合冷库工程的使用。