1 諧振
諧波與并聯(lián)電容器在低壓電網中并存時，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，一臺Uk為6%的1000kVA變壓器，在低壓母線上接有160kVar的并聯(lián)電容器，結果引發(fā)了11次諧波的諧振，使電容器中的11次諧波電流達175A，電容器中的基波電流只有233A，總有效電流Iceff為313A，過載1.35倍，已超過允許值1.30倍。負載母線上11次諧波電壓畸變系數(shù)達6.9%，也已超過允許值，而低壓電源(含變壓器阻抗ZT在內)母線上的畸變率只有1.5%。
1.2并聯(lián)諧振
若諧波源來自低壓側的非線性負荷，例如變頻器，則變壓器的電抗(加上電源系統(tǒng)的少量電抗)和低壓側的電容可構成并聯(lián)諧振，低壓側接有300kvA的驅動裝置，其它如變壓器和電容器參數(shù)同，1.1節(jié)串聯(lián)諧振中的實例，結果引發(fā)11次諧波的并聯(lián)諧振，使電容器中11次諧波電流達到212A，已大于電容器中基波的90%，總有效電流達334A，過載1.45倍，也超過允許值1.30倍，其實負載的11次諧波電流才39A，又11次諧波電壓的畸變率已達8.3%，大大超過允許值。
2 避免諧振的措施
措施之一為改變網絡元件的電抗電容量值，然而，它的可能性不大，特別當電容器組是自動控制的場合，將有許多諧振條件都要考慮。同時要注意，即使系統(tǒng)參數(shù)只是接近諧振頻率也能使電容器組過電流和電壓畸變率超過標準。
常用的方法是與電容器串聯(lián)一個電抗器，調諧的諧振頻率低于網絡中產生的最低次諧波的頻率，這樣，無論是串聯(lián)諧振還是并聯(lián)諧振就不會發(fā)生。
現(xiàn)代的工業(yè)和建筑物電網中完全沒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以下低壓電網情況。
2.1并聯(lián)電容器組(不串電抗器)
當不存在諧振條件即電網的電抗值和并聯(lián)電容器的電容值所構成的諧振頻率比較高而負載產生的諧波電流和母線的諧波電壓又很低時，此時，不需要考慮降低諧波值，但是IEC標準[1]并未給出劃分界線的具體數(shù)據(jù)。筆者認為，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的設備中，這樣只考慮到了13次就可以了。什么場合一定要串聯(lián)電抗，GB對此問題沒有提及，廠家在樣本中規(guī)定的條件為GN/SN＜15%，GN為產生諧波設備的現(xiàn)在功率。SN為變壓器視在功率。筆者認為產生諧波的設備類型有幾種，發(fā)射諧波電流的大小也不同，還與一些外部條件的變動有關。因此，規(guī)定 GN/SN＜15%似乎并不明確說明什么問題，還不如IEC標準的條件，至少概念上是明確的。
2.2失諧濾波器(detuned filter)
失諧濾波器是一種濾波器，它的調諧頻率比有相當大(considerable)，電壓(電流)副值的最低次諧波頻率還要小過10%多。
以5次諧波為例，其頻率為250Hz，小過10%即為225Hz，因此失諧濾波器中的電抗值與電容量之比應大于4%/0.81即＞5%。
2.3調諧濾波器(tuned filter)
調諧濾波器是一種濾波器，它的調諧頻率偏離于被過濾的頻率不得大于10%。因此對5次諧波而言，它的相對電抗值(或電抗率)X%應為4%＜X%＜5%。
2.4并聯(lián)電容器裝置設計規(guī)范的規(guī)定
該規(guī)范中5.5.2.2規(guī)定“用于抑制諧波，當并聯(lián)電容器裝置接入電網處的背景諧波為5次及以上時，電抗率宜取“4.5%~6%”?？梢?，并沒有區(qū)分失諧濾波器和調諧濾波器。其實，對補償用并聯(lián)電容器而言，調諧和失諧濾波器對基波都是容性電抗，都有無功補償能力，只是大小程度不一樣，調諧濾波器的無功補償能力強。調諧或失諧的區(qū)分，是對指定的諧波次數(shù)進行濾波而言的。兩者都有濾波器(抑制諧波)的能力，只是調諧濾波器的濾波能力更加強。
對于GB這一條的術語“抑制諧波”似乎應是調諧濾波器，因而電抗率取4.5%~6%，IEC的要求為4%
3 以上3種裝置應用中的注意點
并聯(lián)電容器、失諧濾波器、調諧濾波器這三種裝置在應用中的注意點如下。
3.1并聯(lián)電容器
通常對一臺配電變壓器而言，并聯(lián)電容器可以分散多級配置，已經安裝好投入運行后，如果情況變化再來考慮避免諧振的問題，就會非常困難，即使只在一處裝有補償并聯(lián)電容器，也不能串聯(lián)電抗器就完事，因這將使電容器過流和過電壓。因此在確定選用那種裝置時，不但要分析網絡當前的諧波情況，還要考慮到將來情況的變化。
3.2失諧濾波器
如上所述，它不能利用已運行的并聯(lián)電容器串聯(lián)電抗器來構成，通常它也不能和并聯(lián)電容器或和調諧濾波器混裝在一起并聯(lián)運行，因為在它們之間的諧波負載的分配不大可能剛好和它們的定額參數(shù)相匹配，結果將造成部分裝置的過載。
3.3調諧濾波器
通常，濾波器調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)，但是當有接于線間或線一中線間的單相負載時，就要考慮3及3的倍數(shù)次諧波。在分合操作時，全部濾波器單元應同時進行，假定要求分開單獨操作，在合閘時，先合5次，再7、11次等按上升規(guī)律進行，分閘時，則將順序倒過來，即先分斷最高次的。
同一調諧頻率的濾波器的并聯(lián)運行可能會帶來兩個問題:
(1) 由于參數(shù)的偏差，不可能有完全相同的諧波阻抗，致使有的可能過載;
(2) 有可能在彼此間引發(fā)并聯(lián)諧振
在這種場合將運行中的彼此間的中間點(即電抗器和電容器的連接點)用附加的觸點連接起來是有利的辦法。
4 相對電抗值的大小決定了是哪類濾波器
對5次諧波而言，相對準確諧振時的相對電抗值是4%，按IEC標準[1]的規(guī)定，X%＞5%是失諧濾波器。
4.1為何對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格
偏離4%愈小，濾波效率愈高，當然是好事，但對電抗器的設計制造提出了嚴格要求。IEC的要求:電抗值制造容差為±3%對大多數(shù)濾波器應用是可以接受的。當負載電流從額定值到最大值時，電抗值的變化不能＜5%。通常低壓濾波器電抗器帶鐵心，正常運行中的任何情況下鐵心都不應飽和(變成非線性)和發(fā)生鐵磁諧振，IEC沒有對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品標準，對＜100kVar為-5%到+15%。對>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，因此實際產品的X%取值靠近5%，也是完全可行的，GB取值4.5%＜X%＜6%在設計制造上相對較易，但濾波器效率要差。
5 失諧與調諧還有那些不同？
工業(yè)與建筑電網中有一定量的諧波時，工程設計是選擇失諧濾波器還是調諧濾波器？以5次諧波為例，這兩者的區(qū)別若以相對電抗作為分界線，在這一點是差別不大的，但是在下列各點上都有不小的差別。
5.1功能上的不一樣
調諧濾波器的相對電抗為4%＜X%＜5%，愈接近4%濾波效果愈好，因此其功能主要是濾波，附帶有無功補償功能。失諧濾波器的相對電抗X%＞5%，也有濾波功能和無功補償功能，但X%愈大，這兩項功能的效果就愈降低，其主要功能目標是無功補償。
5.2部件的定額選擇不同
調諧濾波器的電流要考慮通過的諧波電流和基波電流(無功)，設計時要確定諧波電流，(確定X%后，就都可算出)。失諧濾波器設計時要先確定補償無功的功率，確定X%后，即可計算出諧波電流，至于電抗和電容分別承受的電壓計算方法對兩種濾波器都一樣，不過失諧濾波器中的電容器承受的電壓比電網額定電壓要更高一些。
5.3對部件的性能參數(shù)的要求不同
調諧濾波的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載的變化等對X%產生的不利影響。因而對部件的設計制造或選擇都提出了嚴格的要求，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，如6%或7%或更大，也不會出現(xiàn)嚴重問題。諧調濾波器則不同，一旦實際的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，其不良后果要嚴重得多。
5.4價格上的可能不同
由于調諧濾波器對部件的性能參數(shù)的容差和穩(wěn)定性要求嚴格，和失諧濾波器相比，在承載定額相同的條件下，前者的價格會高些，后者由于容抗和感抗要多抵消一些，對價格也有一些升高，但估計對價格不會有大的影響。
6 選調諧還是失諧，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，當不存在諧振條件即電網的電抗值和并聯(lián)電容器的電容值形成的諧振頻率比較高(例≥17次)而負載產生的諧波電流和母線的諧波電壓又很低時，則選用純并聯(lián)電容器。
6.2調諧還是失諧？
前已說明，兩種濾波器均串有電抗器，均能避免諧振，均能補償無功，也均能補償諧波，只是調諧比失諧濾波器同時對二者的補償能力要高。如果現(xiàn)在電網的諧波電壓已經超標，毫無疑問要選用調諧濾波器，如果現(xiàn)在電網的諧波電壓比標準的容許值低，而現(xiàn)在可以予計到將來有諧波源負載增加，超標的可能性極大，寧肯現(xiàn)在就裝上調諧濾波器，將來加裝規(guī)格性能相同的調諧濾波器也容易些，它們的并聯(lián)運行使過濾的諧波電流也易于實現(xiàn)均勻分配，如果不考慮發(fā)展，只顧目前裝設失諧濾波器，一旦諧波負荷增加，就要改裝為調諧濾波器，但改造起來是費事的?，F(xiàn)代由于生產工藝和節(jié)約電能，都有可能將異步機改造成變頻調速，已有一些工礦企業(yè)諧波負荷逐年增長，致使原有的并聯(lián)電容器由于諧振不得不退出運行，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)運行變得困難。
要注意，無論失諧或調諧濾波器都有無功補償能力，工程設計時要事先考慮到，無功補償可能會形成過電壓。
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，如果諧波來自中壓，則是變壓器電抗和電容器容量構成串聯(lián)諧振。如果諧波來自低壓側，則是并聯(lián)諧振，其諧振頻率的近似值均可用下式表示:
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，則XC1相應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) 如果根據(jù)公式(1)計算出的電網參數(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)來決定，如果需要降低諧波電壓，則仍然要串電抗器。
(3) 不串電抗器，有諧波是否會使并聯(lián)電容器過流過電壓超過允許值？
串了電抗器，反而會使電容器的電壓超過電網電壓，電流也會增加，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，考慮到工頻過電壓、諧波諸因數(shù)的影響，允許有1.3倍的長期過電流。因此，有諧波但不串電抗如果不諧振并不一定使并聯(lián)電容器過流和過壓，有諧振才是主要的危險。
薩頓斯專業(yè)致力于濾波器、電抗器、變壓器的研發(fā)及制造，并提供諧波治理、無功補償、電磁干擾等電能質量一體化解決方案。引進德國設計技術、生產工藝先進，設備精良，測試平臺齊全。薩頓斯也是2018年十大濾波器廠家，十分注重技術開發(fā)和技術創(chuàng)新，在用戶中一直享有較高聲譽。
