研制生产的低压谐波滤除装置是专用于低压电网3次、5次、7次、11次、13次及以上的谐波无源滤波装置。适用于中频冶炼、变频、轧钢、整流设备等的环境。该装置采用了电感和电容器组成串联谐振吸收回路，有效的将负载产生的谐波加以吸收，从而避免将谐波电流返送到电力变压器，大大降低电网的谐波量，同时有利于用户电力变压器的运行，降低功耗，提高设备和其它电器组件的可靠性。此外该设备还提供一定容量的无功功率补偿，提高用户负载的运行效率。该装置分综合控制柜和电抗柜，视用户要求不同，配置的滤除谐波次数也不同。通常一套TXL系统可滤除4种谐波。系统的操作可分自动运行和手动操作。

1.2.1领域内关键词语的基本概念

★ 谐波：（harmonic） 对周期*流信号量进行傅立叶级数分解，得到频率为基波频率大于1的整数倍的分量。我国供电系统频率为50Hz，所以5次谐波的频率为250 Hz。7次谐波的频率为350 Hz。11次谐波的频率为550 Hz，13次谐波的频率为650 Hz。

★ 公共连接点：（PCC）用户接入电网的连接处。

★ 总谐波畸变率：（THD）周期*流量的谐波含量的方均根值与基波分量的方均根值之比（用百分数表示）。电压总谐波畸变率以THDU表示，电流总谐波畸变率以THDI表示。

★ 谐波源（harmonic source）：向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备。

★ 感性无功：电动机，变压器在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫感性无功功率。

★ 容性无功电容器在交流电网中接通时在一个周期内，上半周期的充电功率和下半周期的放电功率相等，不消耗能量，这种充放电功率叫容性无功功率。

★ 功率因数：有功功率与视在功率的比值称为功率数。

★ 功率因数调整电费：实行两部分电价制度的用电企业，供电部门根据用户平均功率因数而加收或减免的电费，称为功率因数调整电费

1.2.2谐波的产生和危害

● 谐波的产生

谐波主要是由于大容量整流或换流设备以及其它非线性负荷，导致电流波形畸变造成的。我们对这些畸的变交流量进行傅立叶级数分解，即可得到50Hz的基波分量和频率为基波分量整数倍的谐波分量。

● 谐波的危害

    ★ 影响供电系统的稳定运行：供配电系统中的电力线路与电力变压器，一般采用电磁继电器，感应式继电器或新式微机保护进行检测保护，在系统中这些属于敏感元件，继电器受到高次谐波的影响容易产生误动作，微机保护由于采用了整流采样电路，也及易受到谐波的影响导致误动或拒动，这样谐波严重威胁供电系统的稳定与安全运行。

★ 影响电网的质量：高次谐波能使电网的电压与电流波形发生畸变，另外相同频率的谐波电压与谐波电流要产生同次谐波的有功功率和无功功率，从而降低电网电压，增加电路损耗，浪费电网容量。

    ★ 影响供电系统的无功补偿设备：供电系统变电站均有无功补偿设备，当谐波注入电网时容易造成高压电容过电流和过负荷，使电容异常发热：另外谐波的存在还会加快电容器绝缘介质的老化，缩短电容的使用寿命。

★ 影响电力变压器的使用：谐波的存在会使电力变压器的铜损和铁损增加，直接影响变压器的使用效率；还会造成变压器噪声增加，缩短变压器的使用寿命。

  ★ 影响用电设备：谐波的存在会造成异步电机电动机效率下降，噪声增大；使低压开关设备产生误动作；对工业企业自动化的正常通讯造成干扰，影响电力电子计量设备的准确性。

1.2.3治理谐波及补偿无功功率的重要性

采用专门的滤波装置能够有效的滤除高次谐波，同时向电网提供容性无功功率，其重要性主要表现在以下方面：

    ★ 滤除高次谐波能够定化用电环境，降低视在功率，减少谐波电流在用电设备和输配电设备中的发热，直接节省有功功率；xx由于谐波产生的震动，延长电器的使用寿命；有效的xx对敏感元件的影响。

★ 由于滤波回路是由电抗器和电容器串联形成的，所以在滤波的过程中能向电网注入容性无功，提高了功率因数，这样就能避免供电部门高额的功率因数调整电费，由于无功电流的抵消，也相当于提高了配电设备的容量，减少了线损。无功功率补偿还能提升末端的电网电压，对优化用电环境有很重要的意义。

（1）线路频率损后的节电

设单台1600KVA变压器按平均功率1250KW计算，每天正常工作10小时，一年工作250天，{zd0}负荷全年耗电时间为2500小时(τ)，假设每度电费为0.58元,线路电能损耗与传输电能比为0.03以δ表示.则,补偿后的全年节电量:

△WL=SL*cosφ1*δ*τ*{1-[cosφ1/cosφ2]2}

    =1250×0.78×0.03×2500×[1-(0.8/0.96)2]

    ≈22343(kw·h)

注:SL为主变负荷，cosφ1：补偿前功率因数，cosφ2：补偿后功率因数。

（2）补偿后变压器全年节电量:

   △WT=△Pd*(S1/S2)2*τ*[1-(cosφ1/cosφ2)2]

=10×12×2500×0.31

≈7800(kw·h)

式中Pd为变压器短路损耗,约为30KW

（3）补偿投入后的全年总的节电效果:

△W=△WL+△WT=22343+7800=30143(kw·h)= 30143x0.58元≈1.48万元

式中：电费按0.58元/度，{zd0}负荷1年工作时间按2500小时计算

（4）力率电费的节约:

根据用户地区的电费计价方式，用户全年应交纳的功率因数调整电费约为：（以当地供电局功率因数考核点为0.9计算，补偿前用户系统的功率因数为0.78,则功率因数罚款力率为+5%。）

力率罚款电费=有功电费*力率=有功功率*全年工作小时*电费单价*力率

=1250*2500*0.58*5%≈9.06万元

因无功补偿装置投入后，系统功率因数达到了功率因数考核点0.95以上，故不会再产生功率因数罚款电费，反而还会有部分电费奖励。

力率奖励电费=有功电费*力率=有功功率*全年工作小时*电费单价*力率

=1250*2500*0.58*0.75%≈1.593万元

（5）合计全年节约电费：1.48+9.06+1.593≈12.133万元

以上计算未将谐波对系统的影响计算在内。谐波电流会导致变压器的铁损和铜损增加，及引起导线、电机等附加损耗的增加。在变压器二次侧接入滤波将明显降低电能损失。由于该计算复杂，不作定量分析。