在工业、企业用电设备中，因为存在大量的非线性负荷，致使电网电流电压都富含程度不等的纹波份量。并联电容器组在电力系统无功补偿环节起着保证电流质量的重要作用。但实际运行中，电容器常常会出现继电器发热、绝缘增长、电容值变化等故障。剖析其缘由，纹波害处占很大的比例。本文通过剖析纹波对电容器组的害处缘由，提出了采用有源串联混频器限制纹波的方式。此装置混频电感小、尺寸小、重量轻、良好的混频特点和电磁干扰小等优点，未来发展具有宽广前景。
1、谐波对电容器组的害处
A.纹波电压造成电容器发热
当电容器组投入运行时，其端电流主要存在3、5、7次纹波，其有效值如下：
其中从(1)~(3)公式可以看出,当电网存在纹波时,电压的有效值比电流的有效值下降要快,高次纹波更显著。纹波电压的下降使电容器组的耗损功率降低,而框架式电容器组的介质聚丙烯，其阻值具有负的气温系数，即气温的上升内阻将变小，这又会使电压进一步减小，耗损亦减小，最终造成电容器组异常发热、介质材料老化、电容值变化，甚至发生车祸。
B.纹波电流引起介质局放
因为3次、5次、7次纹波的叠加，电网中的电流波形呈圆顶状。在圆顶状电流波的作用下，每位周波的局部放电能量明显降低。而固体介质中的树叶宽度，即细沟状的放电通路与每周波最大放电电荷量密切相关。每周波放电电荷量越大，枝条厚度越长，越易诱发局部放电。这样，使介质的绝缘升高，减短了并联电容器组的寿命。
2、限制电网纹波的方式
A.有源串联混频器结构及原理
目前电网主要采用并联电容器组串联一定检波率及容量的检波器组成串联谐振回路来抑制纹波。串联检波器除了可以抑制电网纹波，还可以限制一定程度的吸合涌流。但其也有不足之处：
可能发生串、并联谐振，造成过电流、过电压
毁坏电容器和检波器;因为负荷的可变性，不易实时监控电网纹波电容器串联和并联公式，及时抑制;串联检波器压低了电容器端电流，而电容器组能承受1.1倍的常年工频过电流;串联检波器抵消了一部份电容器无功补偿的能力，对提升功率质数是不利的。
里面所述发生串、并联谐振对电网的运行最大，也最严重。针对串联检波器的不足，文献[4]提出了有源串联电力混频器在电网中的应用，此装置包括电力变换器、串联的电感和电容、高频杂讯过滤器。如图1所示，当电网中富含纹波份量时，电力变换器将补偿电流转换成补偿电压，补偿电压通过串联的电感和电容流入电网以抵消纹波电压成份。电感的作用是过滤电力变换器的开关谐波，电容则是提供稳定的无功功率。高频杂讯过滤器由一系列电容和检波组成，拿来进一步过滤电力变换器的开关杂讯。
有源串联混频器的等效电路图，图中两个电流源，一个是电网电流源，另一个是电力变换器电流源。图2可以进一步分成工频等效电路和纹波等效电路，如图3所示。图3(a)所示为工频等效电路，若电源耗损忽视不计，电力变换器形成的补偿电流仅富含纹波成份。因而，工频下电力变换器的电流源视为漏电，由图3(a)可以看出，串联的电感和电容在工频下为容性，这样就提供了稳定的无功补偿。图3(b)为纹波下的等效电路。因为电力变换器的开关频度小于串联电感和电容的谐振频度，所以串联电感和电容呈感性，整体作为电感过滤电力变换器的开关杂讯。为了抑制纹波电压，补偿电流可以写为表达式：
其中为负荷纹波电压，为串联电感和电容的阻抗。若电力变换器形成补偿电流如表达式(4)，这么这个电流转化成补偿电压，与电网纹波电压方向相反，这样纹波电压就抵消了。
B.电力变换器的控制回路
从图4可以看出，控制回路主要有负荷电压、电网电压、电力变换器输出电压和直流母线电流四种讯号，相应地控制过程分为四部份：
第一部份为了实现纹波电压和串联阻抗的乘积，即表达式(4)。负荷电压首先通过带阻混频器I得到纹波电压，之后通过PID控制器就是补偿电流。
第二部份是为了修正第一部份所得补偿电流的偏差。电网电压通过带阻混频器II得到纹波电压，之后通过放大器I得到比列放大的纹波电压。
第三部份是为了防止高频振荡，形成一个和电感电容串联的虚拟内阻。电力变换器输出电压通过带通混频器得到其工频电压，之后将电力变换器输出电压和其工频电压经过减法器得到电力变换器纹波电压。之后经过放大器II得到比列放大的讯号。
第四部份拿来校准直流母线电流。直流母线电流通过低通混频器滤去直流杂讯。
C.有源串联混频器特性
此有源串联混频器除了可以补偿无功改善电流质量，还可以及时抑制电网中变化的纹波。相对于串联一定检波率及容量的检波器的方式电容器串联和并联公式，具有显著优势。并且此装置的电感小、尺寸小、重量轻、电磁干扰小等优点，未来发展具有宽广前景。
信息来源：信息整理：南京拓普电气科技有限公司生技部